EP3175535A2 - Machine électrique homopolaire à flux transversal - Google Patents

Machine électrique homopolaire à flux transversal

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EP3175535A2
EP3175535A2 EP15751059.5A EP15751059A EP3175535A2 EP 3175535 A2 EP3175535 A2 EP 3175535A2 EP 15751059 A EP15751059 A EP 15751059A EP 3175535 A2 EP3175535 A2 EP 3175535A2
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EP
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inductor
machine according
rotating electrical
electrical machine
armatures
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EP15751059.5A
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German (de)
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François BERNOT
Romain MEDARIAN
Jonh Morales Morales
Rodret Mbikou Moutsinga
Victor Bernaola Mendoza
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Francecol Technology SAS
Original Assignee
Francecol Technology SAS
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Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines with homopolar structure, also called electrical machines with transverse flow, composed or otherwise, very generally including a stator and a rotor, in particular likely to be housed in a carcass. At least one of the stator and the rotor consists of at least one electric coil carried by a magnetic yoke, having at least two poles angularly offset by a substantially equal angle value.
  • Figure 1 shows the state of the art for said simple homopolar structure, in an octopole version, with three-phase claw stator and superficial magnet rotor.
  • Another embodiment may comprise a buried magnet rotor.
  • Another embodiment may comprise a polyphase stator, the number of structural phases being any (greater than or equal to unity).
  • Another embodiment may comprise an inverted external rotor.
  • the embodiment of Figure 1 comprises three stators identical (cl), (c2) and (c3), forming a simple three-phase homopolar machine (cO).
  • Said stators (cl), (c2) and (c3) will be noted in this document structural phases when they are complete with their coil (c4), (c5) or (c6). These structural phases are out of phase with each other by an angle of about 30 ° mechanical for a three-phase version.
  • the angle (clO), the phase shift angle between the phase (cl) and the phase (c2) is substantially 30 ° and the angle (eyel) is the phase shift angle.
  • between the structural phase (cl) and the structural phase (c3) is substantially 60 °.
  • the angle (clO) corresponds substantially to one third of the electric angle of the rotating machine, said electric angle being equal to 360 ° (one turn) divided by the number of pairs of poles (four in this octopole case).
  • the angle (eyelash) is substantially double the angle (clO).
  • angular offsets may be different, depending on the applications, but these variations are in the state of the prior art known, applied to other structures of rotating machinery in particular. They only serve to optimize the final rotating machine.
  • a two-phase version of said rotating machine would comprise only two stators (cl) and (c2), which would then be shifted by an angle (clO) equal to 45 ° in the octopole embodiment described in FIG. 1.
  • the rules for calculating Angular offsets between structural phases, or respective stators are part of the state of the prior art.
  • the number of electrical supply phases is at least equal to the number of structural phases (stators) (cl), (c2), (c3).
  • the stators (cl), (c2) and (c3) may have a clawed or corrugated structure (made with twisted metal), which is characterized by an apparent undulation of the stator coils, noted respectively (c4), (c5) and (c6) around the X / Y rotation planes (cl2) of each stator. Said undulation can be obtained by twisting the stator teeth, as proposed by French patent application No. 2809240, or by encircling the coils (c4), (c5) and (c6) as proposed in French patent application no. 2828027.
  • the stators (cl), (c2) and (c3) are all made in the same way (blO), from two identical claws (bl) and (b2), enclosing a coil (b3).
  • Said claws are assembled one on the other, according to the patent application No. 2828027, so that their respective teeth (b4) and (b5) of the two claws (bl) and (b2) are substantially equidistant .
  • the claw (bl) is placed on the claw (b2), as indicated by the arrow (b7).
  • the contact areas (b30) between the claws (bl) and (b2) must be correctly made to avoid unwanted magnetic gaps in the contact area.
  • this contact zone (b30) may not consist of a coplanar plane according to X / Y (cl2), but adopt any other shape such as a corrugation or even aliasing, which would allow the relative angular setting of said claws ( bl) and (b2).
  • the claw (b2) is angularly offset relative to the claw (bl).
  • Said stall angle (b6) is in the case of the stator of FIG. 2 substantially half of the electric angle of the machine, that is to say for this polarity of 14 pairs of poles shown in FIG. the value of 12,857 °.
  • each tooth (b4) and (b5) form a complete electrical pole of the machine.
  • the rotor may be of several kinds, in particular synchronous, asynchronous or variable reluctance.
  • the various embodiments known to date of the rotors are part of the state of the prior art and all adapt to the presence of a set of claw stators, as described in Figure 1.
  • Figures 1 and 2 are part of the state of the prior art. They include the inverted stator version, where the teeth (b4) and (b5) of the claws (bl) and (b2) are located on the outer periphery, with a rotor that is located outside the stator.
  • FIG 3 shows how two claws (aO) and
  • (garlic) generically form a structural phase (al4a) or (al4b), which structural phase can form indifferently an armature or inductor of a rotating electrical machine, depending on whether the coil (a5) is internally enclosed by the claws ( alO) and (garlic).
  • the case represented by the embodiment (al4a) corresponds to a so-called inverse structure machine, with an external rotor, where the coil (a5) is placed inside the rotor.
  • the case represented by the realization (al4b) corresponds to a machine said direct structure, with internal rotor, where the coil (a5) is placed outside the rotor.
  • the state of the prior art clearly shows the interchangeability of the various elements of an electric rotating machine, in particular their internal or external relative position, as shown in FIG. 4.
  • the structural phase (a1) consisting of two claws (alO) and (garlic), may be located outside a room (a22), to then form a direct single-phase rotating machine (a20b).
  • the structural phase (al4) consisting of two claws (aO) and (garlic) can be located inside a room (a21), to then form a reverse single-phase rotating machine (a20a).
  • the axial juxtaposition of these complete machines (a20a) or (a20b), angularly offset by a suitable angle makes it possible to form a polyphase rotating machine.
  • the parts (al4), (a22) and (a21) can be indifferently static or rotating. If a rotating part (al4) comprises a solidarity coil, it must then feed it by rings or any other system known to those skilled in the art (rotating diodes for example).
  • the combination (a21) static and (al4) rotating corresponds to a machine (a20a) forming a claw alternator, called Lundell, widely used in combustion engines. All other combinations are possible, such as (al4) rotating and (a22) static, or alternatively (al4) rotating and (a21) static, or the two parts (al4) and (a22) rotating, or both parts ( al4) and (a21) rotating. These different combinations are widely described in the state of the art, for rotating machines coplanar structure.
  • FIG. 5 presents a state of the art of homopolar rotor machines fed with direct current.
  • FIG. 5 shows the conventional structure of a homopolar rotor machine (also referred to as a transverse flux electric machine) in which a coplanar four-pole polyphase stator (a1) is placed around a rotor separated into two half-rotors (a2) and a3), offset anqulairement relative to each other mechanical 90 °.
  • the rotor excitation coil (a4) is located in the median meeting plane of the two half-rotors (a2) and (a3).
  • the coil (a4) contains a magnetic flux noted cj), which passes radially through the gap separating the rotor from the stator opposite the zones denoted S on the side of the rotor (a3) and opposite the marked zones. N on the rotor side (a2).
  • the pole shapes of the state of the prior art are diverse, and can for example take the form, in single-phase machines, of salient poles.
  • a single-phase machine with salient poles then consists of one or two sets (glO) as described in FIGS. 6 and 7.
  • a part (gl) made of ferromagnetic material receives, in a version (g5), a winding which can be nested (g3) or, in a version (g6), corrugated (g4).
  • the nested winding (g3) is characterized by the fact that each turn turns several times around the same pole (g2), before moving on to the next pole (g2).
  • a corrugated winding (g4) is characterized by the fact that each turn passes around all the poles (g2) of the piece (gl) before returning to the same pole (g2).
  • a combination wavy-nested is possible, the state of the art describes it abundantly.
  • the piece (gl) is associated with a piece (gl3), which comprises magnets (gl2) or a winding surrounding polar pieces (gl2).
  • the right-hand set (glO) enlarged in (g11) in the left-hand part of the figure, forms a single-phase machine with double saliency, where the current in the different coils can be continuous or alternating.
  • the assembly formed by (gl2) and (gl3) can be achieved using a smooth poles structure, as described in the state of the art, through notches crossed by electric coils.
  • Parts (gl3) can be either internal or external to parts (gl). It is possible to demonstrate that the so-called homopolar structures (a20a) and (a20b) of FIG. 4 are in fact single-phase machines, which proceed from the same generic topology as (gl) as shown in FIGS. 6 and 7.
  • the present invention refers as previously indicated to rotating electrical machines with homopolar structure (also called transverse flow electric machine), composite or otherwise.
  • Rotating electrical machines with homopolar structure conventionally comprise a stator and a rotor, at least the stator or the rotor consisting of at least one electrical coil carried by a magnetic cylinder head.
  • the rotating electrical machine according to the present invention further comprises at least two poles offset anqulairement angle value substantially equal. These poles may consist of tabs or teeth secured to said annular yoke and folded parallel to the axis of rotation of the machine, or by excrescences integral with said annular yoke, or made by notches machined in the cylinder head, receiving drivers.
  • the rotating parts can be multiple, and the fixed parts, called stators, can also be multiple. It is then possible to form a rotating electrical machine comprising a single stator, or qroupe of stators, associated with a single rotor, or several rotors or qroupes rotors. By extension, it is possible to form a rotating electrical machine having any number of stators or stators qroupes, associated with any number of rotors or rotors qroupes.
  • a polyphase rotary electrical machine comprises Npe electrical phases, that is to say comprising Npe qroupes independent coils, powered by a polyphase system adapted.
  • Said polyphase rotating electrical machine is formed of Np qroupes of single-phase rotating electrical machines.
  • the rotors and stators can be mounted directly with the rotor internal to the stator, or inversely, with the rotor external to the stator.
  • the inductors and the inductors can be placed on the rotor and / or the stator.
  • the homopolar rotating electrical machine of the invention comprising a number Npe of electrical phases, is characterized in that it consists of:
  • At least one passive inductor consisting at least partially of ferromagnetic material, separated from the induced by an air gap;
  • one of the inductors and the inductor being rotatable and constituting at least one rotor and the other of the inductors and the inductor being stationary and constituting at least one stator.
  • the inductor comprises Np inductor bars oriented in a direction of axial course, substantially covering the axial lonquer of the machine and reported to a support connecting them.
  • the inductive coil may, in certain configurations, traverse radially the gap on either side of each bar of the inductor, entering on one side and emerging on the other side so as to pass respectively above and below two adjacent bars of the inductor, in a radial direction.
  • the inductive coil is located entirely between the armatures of the pair of armatures, and does not cross the gap.
  • the inductor bars can be twisted, their axial ends being angularly offset. They can also be divided into several portions respectively positioned facing the armatures and the zone comprising the inductor coil or coils, the portion or portions opposite the zone comprising the inductor coil or coils being integral with the armatures.
  • the portions of the inductor bars integral with the armature are angularly offset relative to said armature of a guelcongue value, with a preferred value of 90 ° / 2Np, taken between the center of an induced pole and the center of the bar inductor integral with said armature.
  • each induced armature pair comprises a magnetic yoke connecting their poles, said armatures being connected by flux return pole pieces connecting the radial walls of the opposing armatures.
  • the yokes can be connected by flux return pole pieces surrounding the non-radial walls of the inductors distal to the inductor.
  • the cylinder heads and the pole pieces of flux return are of cylindrical shape.
  • the angular sector covered by the poles is 120 ° electrigue.
  • the armatures of the pairs of armatures separated by a coil each consist of several elementary inducts.
  • the inductor comprises Np / 2 inductor bars oriented in a direction of axial course, substantially covering the axial length of the machine and reported to a support connecting them to the axis of rotation of the rotating electromagnetic machine.
  • This variant is adapted to machines for which the inductive coil is located entirely between the armatures of the pair of armatures, and does not cross the air gap.
  • the inductive coil may be replaced by a substantially annular magnet magnetized in the direction of the axis of rotation of the rotating electrical machine. In this case, said magnet may be disposed in contact with at least one ferromagnetic polar piece of flux concentration.
  • the inductive coil may for example be twisted, annular or wave-shaped in a transverse plane. If the inductive coil is supplied with alternating current, in the case of a polyphase machine, the inductor coils of the different phases can be coupled in star, delta or zig-zag.
  • Such rotating electrical machines with composite homopolar structure may be very flexible, and in particular comprise at least one stator or group of a plurality of stators associated with at least one rotor or group of a plurality of rotors.
  • an armature may be common to several inductors or an inductor may be common to several induced.
  • a coupling piece of ferromagnetic material can connect the several inductors or the several induced.
  • the magnets can be inclined relative to a plane tangential to said wall facing the or stators.
  • free surfaces of the poles bordering the gap can be inclined in an axial direction, in a linear or curved manner.
  • the free surface of a pole bordering the gap can be asymmetrical in a direction transverse to a median axial plane of the pole containing the axis of rotation.
  • the nozzle may comprise at least one recess step staircase.
  • This recess is preferably located at a radial distance from the axis of rotation of the rotating electrical machine substantially equal to the radial distance from a wall of the yoke extending in an axial direction which protrude from the teeth.
  • this recess may include a wall located in a median transverse plane of the pair of armatures, used for the head-to-tail interlocking of two armatures.
  • the teeth flare preferably via side lugs at their connection to the cylinder head. They can also be separate from the breech, and in this case, the breech may have recesses for fixing the teeth.
  • the inductor coil can be wound in a twisted manner, in sinusoid, around the feet of the teeth of the armatures of the pair of armatures surrounding the inductive coil.
  • the sections of the legs of the teeth may preferably have, in at least one cylindrical surface coaxial with the axis of rotation, side walls parallel to each other, in particular as a single piece or as a staircase .
  • said sections may comprise curved sidewalls.
  • the teeth beaks can also be separate and reported on the legs.
  • the rotating electrical machine of the invention is polyphase, it is preferably constituted by a coaxial juxtaposition of single-phase machines according to the preceding claims, regularly offset by an electric angle of 360 ° / 2Npe.
  • it may alternatively consist of a coaxial juxtaposition of angularly aligned single-phase machines, an interphase phase shift being caused by the rotation at the rotor of the magnets or wound inductors or polar projections.
  • intermediate coils can be arranged between single-phase machines.
  • Polyphase machine comprising at least one structural phase, where the structural phases (al4) are all aliquoted anqulairement and where the inter-phase phase shift is caused by rotation at the rotor, either magnets or wound inductors, or conductors of the complementary piece (a22) or (a21), ie polar projections
  • the assembly can also form a static transformer, where all parts (a4), (a22) and (a21) are static, form a static phase shifter.
  • Figure 8 schematically shows a single-phase rotating electrical machine according to the invention
  • FIG. 9 schematically shows a polyphase rotating electrical machine or several single-phase rotating electrical machines according to FIG. 8;
  • Fig. 10 shows different types of coils used in single-phase rotating electrical machines according to the invention.
  • FIGS 11 and 12 show the electric coupling modes used for the coils of several single-phase rotating electrical machines according to the invention
  • Fig. 13 illustrates the magnetic coupling of single-phase or multi-phase rotating electrical machine parts according to the invention
  • Fig. 14 shows an embodiment of a tooth according to the invention
  • Fig. 15 provides an alternative embodiment of a tooth according to the invention.
  • Fig. 16 shows another alternative embodiment of a tooth according to the invention.
  • FIG. 17 shows a partial perspective view of a tooth and a portion of a breech of a stator according to the invention
  • FIG. 18 represents yoke fractions of a stator with teeth of different models cooperating with an inductive coil according to the invention
  • Figure 19 illustrates several types of cross sections of tooth legs or poles according to the invention.
  • Figure 20 shows an embodiment of a tooth separated from the cylinder head according to the invention
  • Figure 21 shows an embodiment of the cylinder heads according to the invention
  • FIG. 22 shows an example of inclined implantation of magnets of a rotor constituted by permanent magnets according to the invention
  • Figures 23 and 24 illustrate an embodiment of modulation of a gap width by inclination or asymmetry of the poles according to the invention
  • Figure 25 shows an embodiment of a particular embodiment of a tooth or a pole, in two parts according to the invention.
  • FIG. 26 shows a homopolar motor structure with inductive coil passing alternately on and under induction bars of an inductor according to the invention
  • FIG. 27 illustrates an exemplary embodiment of inductor bars according to the invention
  • Fig. 28 shows an alternative embodiment of inductor bars of Fig. 26;
  • FIG. 29 shows an embodiment variant with several armatures placed on either side of an inductive coil according to the invention.
  • Figure 30 shows several possible configurations for a homopolar motor according to the invention.
  • FIG. 31 represents a homopolar motor with a double structure according to the invention
  • FIG. 32 illustrates an exemplary embodiment of inductor bars for the homopolar dual structure motor of FIG. 31;
  • FIG. 33 represents an embodiment with several armatures placed on either side of an inductive coil according to the invention for the homopolar motor with a double structure of FIG. 31;
  • FIGS 34 to 36 show different embodiments of the homopolar motor parts according to the invention.
  • Figure 37 shows different solutions of cooperation between an engine according to the present invention and an electronic control.
  • (al4b) or (gl) or in smooth poles are characterized by a number of poles noted Np throughout this document, which according to the conventions of the state of the art is equal to the number of alternations of passages in the air gap (f6), the flow generated by the parts (f2) and (f3), which flow passages are considered when the parts (f2) and (f3) are fed independently of each other, each by a current continuous constant.
  • angles will be noted in this document in two ways.
  • the angle When the angle is mechanical, it corresponds to the absolute angle, counting on a complete mechanical revolution.
  • the angle When the angle is said to be electrical, it corresponds to the mechanical angle divided by the number of pairs of poles, that is to say by Np / 2. All electric angles are counted modulo 360 ° electric.
  • the notion of armature corresponds to a part whose coil is supplied with alternating current.
  • inductor is linked to a set of parts whose coil is powered, either in direct current or alternating current, which will be the case for example asynchronous induction motor stators.
  • the notion of inductor includes parts that receive magnets.
  • a machine may comprise one or more armatures and one or more inductors.
  • a machine must have at least one armature and one inductor.
  • FIG. 37 presents different arrangement solutions between the electric motor produced by the invention and its electronic variator.
  • the inductors are fixed (in the case of so-called synchronous machines) or rotating (in the case of DC machines), in the latter case the machine is fed through an electromechanical system of the collector type. brushes, as the state of the art describes it for brushed dc machines;
  • each of the parts (f2) and (f3) is inductor or armature, rotor or stator. Associated, they form a rotating electrical machine having a number of electromagnetic poles identical in a first embodiment, and different in a second embodiment;
  • stator (s) are external and the rotor (s) are internal, said structure is said to be direct, in a second case the stator (s) are internal and the rotor (s) are external, said In the third case, a part of the stators is internal and the other part of the stators is external, associated with a part of the rotors which is inside and the other part of the rotors which is external; as described in FIG. 10, the coils used in single-phase machines may be of annular shape
  • the dimensions of the coils (flO) in the cylindrical cutting plane can be any as well as their shape;
  • the lateral flanks corresponding to the extreme lateral edge along the axis (fO) of the electromagnetic phases forming parts (f2) and (f3), said lateral flanks (f4) and (f5) (see figure 8) of parts (f2) respectively (f3), are in a first embodiment aliqiene in a same disc plane centered on the axis (fO), or in a second embodiment said lateral flanks (f4) and (f5) are not aliqides, the inner part (f2) ) can be axially longer or shorter than the outer part (f3);
  • the parts (f2) and (f3) can use the same structure, or they can be of different shapes and sizes, or use a different single-phase machine structure;
  • the parts (f2) and (f3) comprise at least one coil or at least one magnet, which provide a flux at the level of the air gap separating them, which flow follows a direction that is radial, axial, or a radial and / or axial path;
  • a polyphase machine is formed by substantially surrounding about the same axis (fO) at least two single-phase machines (fl), which form a machine comprising either as many electrical phases as single-phase machines (f1), or a number of electrical phases lower than number of single-phase machines (f1), preferably said number of single-phase machines (f1) is a multiple of the number of electrical phases;
  • each single-phase machine (fl) may be common to all (or part) of the opposite parts, for example to Fiqure 9, the machine (wire) has all the parts (f3) joined in one piece (f3a), all combinations are possible, that is to say to bring together all or part of the parts (f2) in front of parts (f3) different or joined partially or completely, or the opposite respectively parts (f3) joined in front of parts (f2) partially or completely, the side flanks of parts (f2) and (f3), or parts qroupes (f2), or parts qroupes (f3), may not coincide in a disc plane centered on the axis (fO);
  • the single-phase machines (fl) can be produced from so-called homopolar machines (a4) (see FIGS. 3 and 4), as described in the state of the art and in the inventions which follow, in FIG. a second embodiment the single-phase machines (fl) can be made from machines with salient poles (q1), in a third embodiment the single-phase machines (fl) can be made from machines with smooth poles (qla), in a fourth production single-phase machines (fl) can be made from any combination of (al4), (gl) and smooth poles;
  • each of the parts (f2) and (f3) comprises either at least one electric coil or at least one magnet, or at least one short-circuited cage as known in the state of the art of asynchronous machines induction, or no coil or magnet, this case corresponding to the variable reluctance machine, note that the two parts (f2) and (f3) preferably form an electromagnetic system of the same polarity, that is to say generating an electromagnetic flux comprising at the air gap as many reentrant areas as outgoing areas, the separation surface being considered as delimiting the junction between the parts (f2) and (f3);
  • the electrical coupling of the coils of the different single-phase machines (fl) can form an electric star, an electric triangle, or any combination of these two forms, as the state of the art proposes for example with the zig-zag coupling, such as as described in Figures 11 and 12;
  • the number of electrical phases is at least one, and may be any value greater than unity;
  • the number of pole pairs of each single-phase machine (fl) is either identical or different in order to form a multi-speed machine
  • the different axially aligned single-phase machines (F1) are either contiguous or they are separated from one another with an axial separation wedge and / or intermediate coils;
  • the angular offset, in a discoidal plane centered on the axis (f0), between the different axially aligned single-phase machines (f1) is free, with the condition that the sum of all the successive angular offsets between the different single-phase machines (fl) from the first machine to said first machine, ie equal to zero for a single-phase machine, or equal to an electric half-turn (180 °) for a two-phase machine, or equal to one turn complete electric (360 °) for the higher polarity or equal to three phases, preferably said anqulale decalaqe is substantially similar for all single-phase machines (fl);
  • the anqulale decalaqe according to a discoidal plane centered on the axis (f0), between the different single-phase machines (fl) can be distributed over the two parts (f2) and (f3) forming them, either symmetrically or symmetrical or asymmetric requindière or troqulière, or by concentrating it on only one of the two parts (f2) or (f3), the opposite part then being formed of alienated parts;
  • the coils used in the single-phase machines (fl) may be made with conductive wire selected in a non-exhaustive manner from the following list, homoqene or melanqée: copper, aluminum, a polymeric material ...; the coils used in single-phase machines (fl) may be made with insulated conductor wire by any one or any combination of the methods selected in a non-exhaustive manner from the following list: either a flexible or liquid electrical insulator, formed of a wrapper, a liquid or pasty resin, applied by immersion, brush, immersion, gun, which is dried by qouttaqe or by baking in the oven or by natural drying, which is refined by a passaqe under vacuum of air;
  • the coils used in single-phase machines (fl) may be made with insulated conductor wire with an electrical insulator which may be alumina obtained by oxidation of aluminum, or a ceramic added and cold-processed or by cooking the coil final;
  • the coils used in the single-phase machines (fl) may be made with conductive wire whose shape is chosen in a non-exhaustive manner from the following list: round, elliptical, square, rectangular, trapezoidal, octagonal, hexagonal, thin band;
  • the coils used in single-phase machines can be made with conducting wire which receives an insulation system complementary to the insulation of each elementary conductor, which insulation system can be applied, or on the group of forming wires a complete or partial coil, either directly on the ferromagnetic parts forming the electromagnetic circuit;
  • each of the ferromagnetic parts used in the inventions can be made with any of the technological solutions, chosen from the following list non-exhaustive: ferromagnetic sheet stamped or cut insulated straight or twisted and assembled maintained by punching or welding etc., solid steel, iron powder pressed cold or hot, iron powder pressed cold or hot and then hot-cooked, ferrite, sintered iron powder; when magnets are used to form the rotor of a single-phase machine (fl), (flO) or (wire), it is possible to incline said magnets with respect to a plane tangential to a cylinder centered on the axis of rotation of the machine, as shown in Figure 22, in the case of the direct version
  • teeth or poles can be inclined in the axial direction, as shown for example in Figure 23, in three different embodiments (ml), (m5) and (mlO ), the inclination can follow a line, or any shape curve, the interest of this inclination is to cause a partial saturation of the zone corresponding to the smallest air gap, in order to modulate the armature reaction;
  • the electric angle that defines the extreme edge of the tooth or the pole (m20) has an optimum value of 60 ° electrical, which electrical angle is counted from the center of the pole;
  • Figure 25 shows a clever realization of a tooth (h20) or a pole (h30), in which the nested (or corrugated) coil (m30) is inserted on the body of the tooth (h33), which then receives its cap (m34), in this way the coil (m30) can be shaped separately, before its insertion on (h33);
  • windings of the different parts (f2) and (f3) making up each single-phase machine (fl) can be made independently for each of them in a nested or corrugated manner;
  • the supply of the coils of the parts (f2) or (f3) can be electronic, or it can use a mechanical commutator with brushes, such as those used in the machines with direct current.
  • Figure 3 describes the state of the art of a single-phase machine (al4) with symmetrical claws. This Figure 3 explains that the air gap flow entirely in the reduced flow section at the fitting between the foot of the tooth and the stator yoke.
  • Figure 14 describes an improvement (gl), known from the state of the art to the previous problem of flux concentration at the fitting of the tooth root on the stator yoke.
  • Figure 14 shows an invention (g2) that allows strongly reduce the concentration of flux at the level of the fitting of the tooth base on the stator yoke.
  • the foot of one of the teeth, used in a claw (al4), (g3) receives a step of staircase (g4), which makes it possible to bring back laterally the flow towards the body of the breech (gl7).
  • the magnetic flux brought from the spout (g5) of the tooth towards the stator yoke (gl7) then follows a path that is not radial, but three-dimensional. It is possible to make several stair steps (g4), or to give the tooth base an axially inclined shape (depending on the direction of rotation).
  • the recess (g4) is located at a radial distance (g9) from the axis of rotation, substantially equal to that (g7) of the top edge of the yoke (gl7).
  • FIG. 15 shows an improved form (glO) of the shape (g2), which shape comprises two lateral lugs (gl3), formed in an axial direction (in the direction of rotation), which lateral lugs (gl3) allow a concentration of three-dimensional flow at the notch.
  • the presence of a stair step (g4) on the tooth spout (g5) is optional, but it improves the torque supplied by the engine.
  • a homopolar single-phase machine (also referred to as an electric machine with transverse flux), such as (al4a) or (al4b), is produced by combining two identical claws (g2) or (glO) facing each other, which claws (g2) or ( glO) enclose a coil (a5).
  • Angular wedge pins (g11) and / or (gl2) may be formed in the claws (g2) or (glO), to ensure their adequate angular setting, substantially an electric half-turn (180 °).
  • the pieces (g2) and (glO) can be dissymmetrical in a discoidal plane, polar cylinder, or axisymmetric.
  • the parts (g2) and (glO) of FIGS. 14 and 15 may consist of several independent parts, for example for example, the assembly (gl6) combining the shapes (g4), (g5) and (gl3) can be inserted into a main piece (gl4) forming a cylinder head.
  • a holding device is required to ensure the cohesion of the claw formed by the joining of the pieces (gl6) and (gl4), said holding device being able to be a screwing, riveting or keying system, or a force insertion at hot or cold, the subsequent resin of the single-phase machine thus produced, ensuring the maintenance of the whole in place, under the electromagnetic stress.
  • the part (gl4) can be made of ferromagnetic sheet metal, which sheet can be stacked, in a clever realization among others, in successive disc planes and parts (gl6) in compressed iron powder.
  • inventions (g2), (glO) and (g20) are adapted to an inverse machine (a20a) (see figure 4). Transposition to a direct machine (a20b) is immediate, by turning the shapes in a radial direction around the cylinder formed by the air gap.
  • Figure 17 shows a partial embodiment (g30) adapted to a machine of the type (a20b) of the inventions (g2), (glO) and (g20).
  • the step (g4) can be performed in a median discoid plane (relative to the cylinder containing the assembly) of the claw (glO), but it can also be performed in a plane located in another place.
  • the lateral face in a discoidal plane of the step (g4) can follow a disc portion centered on the axis of rotation of the motor, but it can also follow a frustoconical portion.
  • Figure 18 shows the implementation of improved teeth or poles according to the invention.
  • a part (al4) homopolar machine also called electrical machine transverse flow
  • al4a also called electrical machine transverse flow
  • Said form (ni) comprises a part (h2), which receives an annular coil (h3).
  • Fig. 19 presents the possible tooth-leg shapes (h23), describing with the cutting-off planes A-A of the tooth leg (h23), two solutions (h24) and (h25) among others.
  • the toes (h23a) have a section of notches, the precise shapes of which can adopt any of the solutions in the following non-exhaustive list:
  • the faces (h26) are not parallel to each other and follow a frustoconical shape, preferably oriented according to the model
  • the faces (h27) are not parallel to each other and follow a frustoconical shape, preferably oriented according to the model
  • the faces (h26) follow a curved shape, formed by portions of ellipses, circles, or any other function;
  • the faces (h27) follow a curved shape, formed by portions of ellipses, circles, or any other function;
  • the yoke (h42) is distinct from the notch foot (h41), as shown in Figure 20, to form a set (h40), where the tooth leg (h41) is placed or nested on the cylinder head
  • this solution is particularly advantageous, because it makes it possible to achieve the feet of teeth in the technolgy of iron powders by radial compression;
  • the toe (h41) is inserted into the breech (h42), either by force in a mark (h43), or by means of serraqe, which may be a rivet, a screw or any other means, using a hole (h44), breeched in breech (h42) or in tooth leg (h41);
  • the cylinder head (h42) is made of ferromagnetic plate, which ferromechanical sheet in a clever embodiment, among others, is stacked according to the axial lonquer of the machine (h40);
  • the yoke (h42) is made in one or two pieces of axial lonquer identical or not;
  • the embodiment (h45) of FIG. 21 shows the same part (h48) comprising the yoke (h42) and the tooth legs (h47).
  • One possible embodiment is to manufacture this part (h48) with stacked laminated sheets, in a clever realization among others, in a disc plane perpendicular to the axis of rotation of the engine, which sheets of packets are split into two or three qroupes, or more, each corresponding to a toothing required by the shape required by (h48), using either possibly sheet metal shapes (h50) without notch for the medium or the edges of (h48), or possibly for the medium of (h48) h48) sheet metal shapes (h51) having two tooth legs (h47) per electrical revolution (360 °), or possibly for the edges of (h48) sheet metal shapes (h52) having only one tooth leg (h47) per electrical revolution (360 °
  • the hats (h46) are attached over the teeth (h47), these hats (h.46) can be held by
  • the embodiment (h63) of Fig. 20 has parts (h64) which blind the sides of the claws (h20), which parts (h64) can form a single piece with (h23d);
  • junction plane may be a smooth discoid ring, or the same corrugated ring substantially in the axial direction, for example by following the shape of the toothbuds (h34);
  • the annular pieces forming the claws are made in more than one piece, which are then assembled by means of assembly devices.
  • Said motor consists of an axial stack of at least two armatures (n3) and (n3), separated by at least one coil (n5) wound around the axis of rotation (n8).
  • the coil (n5) is not necessarily annular.
  • the armatures (n3) and (n3) can be made either in a claw structure (al4a) or (al4b), or in a structure with salient poles (gl), or in a smooth pole structure, having number of electrical phases.
  • the structures of the pieces (n3) and (n'3) are identical, chosen from the group (al4a) or (al4b) of the figure, or (gl) of FIG. 7, or else with smooth poles . In another embodiment, they may be different from each other.
  • the inductors (n3) and (n3) are located in front of an inductor composed of a group of several bars (n4) of any shape, which are arranged along a cylinder substantially concentric with the axis of rotation (n8).
  • the inductives (n3) and (n3) are separated from the inductor by an air gap (n10).
  • the inductor is common to all the induced (n3) and (n3), it is passive that is to say completely or partially composed of ferromagnetic material.
  • the excitation of the inductor can be active in a first embodiment thanks to the fixed coil (n5) winding substantially around the axis of rotation (n8).
  • the coil (n5) can be mobile in another embodiment.
  • the excitation of the inductor may be passive in another embodiment, being then carried out with at least one shaped magnet for example annular wound substantially around the axis of rotation (n8), preferably fixed, but said magnet can also be mobile.
  • the coils of the inductors (n3) and (n3) are traversed by alternating currents marked 13 and I'3, which comprise a temporal phase shift denoted $ 13.
  • the inductives (n3) and (n3) have the same number of poles, denoted Np, identical to the number of inductor bars (n4) in a first embodiment, or different in another embodiment, in which the number of bars is divided by two.
  • the coil (n5) radially crosses the angular separation surfaces (n11) between the different inductor bars (n4) a number of times equal to the number of poles Np of the armature. It thus passes Np / 2 times above the bars (n4) and Np / 2 times below the bars (n4), the top / bottom terms being counted in a radial direction.
  • FIG. 26 shows the general structure of the homopolar machine (also referred to as a transverse flow electro-machine) composed (ni) according to the invention, in an embodiment corresponding to a single single-phase alternating machine or to two structural phases of a homopolar machine composed, with a direct structure of type (a20b) (see Figure 4) with salient poles (gl) (see Figure 7).
  • the following demonstrations can be transposed to an inverse machine of the type (a20a) of FIG. 4, by symmetry of all the parts around a cylindrical surface centered on the axis (n8) and situated in the middle of the gap (nlO).
  • the inductor is fixed and the moving armature, which mistletoe is the case of a DC machine with mechanical commutator.
  • the operating principle of said machine (ni) comes from the winding of the coil (n5) around the inductor bars (n4), alternately below and below. In this way, equivalent north and south magnetic poles are created in the air gap, generating an anti-symmetrical magnet poles figure between the side faces (n6) and (n7) of the machine.
  • the inductor behaves equivalently to a group of magnets placed inside the armature (n3) / (n3).
  • the magnetic flux circulates substantially along an axial line inside a bar (n4), then passes through the air gap (n10), then circulates substantially along a polar line in the armature (n3), crosses again the gap (n10), returns in opposite direction along an axial line inside the bar (n4) consecutive to the first, then crosses again the air gap, for close through a polar line in the opposite armature (n3).
  • a flux return part connects the inductors (n3) and (n3), it can take either a form (n2b) of connection between the faces coplanaries considered in a discordal plane of the induced (n3) and (n3), or a form (n2a) of connection between the peripheral faces considered in a discordal plane of the induced (n3) and (n3), or a combination of the two previous forms.
  • the flow return piece (s) (n2a) and / or (n2b) may be asymmetrical or irregular in a first embodiment.
  • the flow return piece (s) (n2a) and / or (n2b) may be cylindrical in shape.
  • the flow return part (s) (n2a) and / or (n2b) may not be used, and may be eliminated from the design of the machine (ni).
  • the machine (ni) produced comprises at least more than two structural phases, it is advantageous to use flow return parts (n2a) and / or (n2b).
  • the armatures (n3) and (n3) are angularly offset by an angle denoted by Qs.
  • Said angle Qs corresponds to the angle of symmetry between the maximum flux gap point generated by the inductors (n3) and (n3), each considered to be fed by the same direct current.
  • the inductors (n3) and (n3) generate an air gap flow that is alternately entering and exiting in the gap, the angle Qs represents the angular offset between these flow figures.
  • the angle Qs is substantially equal to zero or 180 ° electrical, and the phase shift $ 13 is equal to zero or 180 °.
  • the angle Qs is substantially equal in electrical notation at (180 ° / Npe) and the time angle $ 13 is equal to ( 180 ° / Npe).
  • the (Nn) inductor bars (n4) forming the inductor are supported by a holding piece (nl2), of annular or cylindrical shape, incorporating the means for maintaining rotation, which piece n (12) can provide the connection to the 'rotation axis.
  • a holding piece (nl2) is ferromagnetic.
  • the part (nl2) is not ferromagnetic, it can then be made of conductive material or insulating electricity.
  • the angular lengths of the parts (n4) and projections of the parts (n3) and (n3) are substantially equal preferably 1/3 of an electric lathe, 120 ° electric.
  • Figure 27 describes a clever realization (n20) of the inductor according to which the inductor bars (n4) are twisted so that each of their ends (n4a) and (n4b) is angularly offset.
  • the shape of the inductor bars (n4) seen on a cylindrical plane developed at the gap does not have to be a rectangle, it can have any other shape, such as semi-annular, elliptical, semi-elliptical, rounded, circular, semicircular. Those skilled in the art will know how to determine the best form.
  • Figure 28 shows a particular embodiment (n1) of the homopolar machine composed (ni), transposed to the case where the inductors (n3) and (n3) are fixed and the inductor mobile, which corresponds to the cases of a synchronous machine.
  • the inductor bars (n4) which form the inductor are each divided into three parts: (n4a) and (n4b) which are mechanically secured to the part (nl2) on the one hand, and on the other hand ( n4c) which are mechanically connected to the armatures (n3) and (n3).
  • the rotor is considered by way of example as mechanically secured parts (n4a), (n4b) and (nl2).
  • Figure 29 shows the case where several armatures (n3) and (n3) are aligned on either side of the central coil (n5).
  • ⁇ ' ⁇ corresponding to the machine (ni)
  • said bars (n4) are elongated axially to cover axially substantially the length of the machine.
  • the other constructive provisions established for the machine (ni) remain valid.
  • each of the inductors (n3) and (n3) are angularly phase-shifted relative to each other by an electrical angle equal to 180 ° / Npe.
  • the bars (n4a) and (n4b) are elongated axially to cover substantially axially the length of the machine.
  • the other constructive arrangements established for the machine (n1) remain valid.
  • the armatures (n3) and (n3) are angularly out of phase with an electrical angle equal to 180 ° / Npe.
  • the machine of the invention consists of at least as many single-phase machines (ni), or (n'1), or (n''l), or (n '''l) only external electrical phases.
  • a particular embodiment corresponds, in this polyphase arrangement, to a configuration where all these machines (ni), or (n'1), or (n''l), or (n '''l) are single-phase and are aligned with the along the axis (n8) and regularly offset by an electric angle equal to substantially one complete turn (360 °), divided by the number of phases Npe.
  • the rotor coil (n5) is suppressed and the flux return piece (n2a) and / or (n2b) is replaced by at least one annular magnet, maqnized substantially in the direction of the axis ( n8). Said annular magnet then takes the place of the flow return piece (n2a) and / or (n2b).
  • the annular magnet is sandwiched between one or two substantially trapezoidal or elliptical ferromagnetic parts, which make it possible to concentrate the flow coming from the annular magnet, said parts having a shape of truncated cone, with the largest side against the magnet.
  • the inductor coil (n5) may be supplied with alternating current, at a frequency and an electrical phase equal to or different from the supply frequency of the induced coils used in the parts (n3) and (n3). ).
  • the inductor coil (n5) can be omitted, all the proposed construction arrangements remaining valid.
  • the inductor coil (n5) may be electrically connected in series with one of the DC inputs of the inverter supplying the induced coils used in the parts (n3) and (n3), which inverter can be electromechanical broom, or electronic.
  • the outer shape of the pieces (n3) and / or (n3) and the flux return piece (el) do not fit in a cylinder, but in another form that may be rectlanhol Elliptical or other, the person skilled in the art will then adapt the realization of the machine to this particular constructive disposition.
  • Figures 30, 34, 35 and 36 show different possible embodiments of parts (n3), (n3) provided with their induced coils (n21), (n4), (n5) and (n2b), applied to a machine of type (ni). Said variant embodiments can be extrapolated directly to other machines of (I), (n ') and (n''') inverse or direct types.
  • An alternative according to the present invention relates to a homopolar motor (also called transverse flow electric motor) with so-called double compound structure (pl) as appearing in FIG. 31.
  • Said motor consists of an axial stack of at least two induced (p3) and (p'3), separated by at least one coil (p5) wound around the axis of rotation (p8).
  • the coil (p5) is not necessarily annular.
  • the armatures (p3) and (p'3) can be made either according to a claw structure (al4a) or (al4b) of Figure 3, or according to a salient pole structure (gl) of Figure 7, or according to a smooth pole structure having any number of electrical phases.
  • the structures of the parts (p3) and (p'3) are identical, chosen from groups (al4a) or (al4b) or (gl) or with smooth poles. In another embodiment, they may be different from each other.
  • the inductors (p3) and (p'3) are located opposite an inductor, composed of a group of (Nn) bars (p4) of any shape, which are arranged along a cylinder substantially concentric with the axis of rotation (p8).
  • the inductives (p3) and (p'3) are separated from the inductor by an air gap (plO).
  • the inductor is common to all the induced (p3) and (p'3), it is passive that is to say completely or partially composed of ferromagnetic material.
  • the excitation of the inductor can be active in a first embodiment thanks to the coil (p5) fixed curling substantially around the axis of rotation (p8).
  • the coil (p5) may be movable in another embodiment.
  • the excitation of the inductor may be passive in another embodiment, being then carried out with at least one shaped magnet for example annular wound substantially around the axis of rotation (p8), preferably fixed, but said magnet can also be movable.
  • the coils of the inductances (p3) and (p'3) are traversed by alternating currents marked 13 and I'3, which comprise a temporal phase shift denoted $ 13.
  • the induced (p3) and (p'3) have the same number of poles, noted Np.
  • the inductor comprises a number of inductor bars (p4) equal in a first embodiment to Np / 2.
  • the coil (p5) is located between the bars (p4) and the optional flux return parts (p2a) and / or (p2b).
  • the coil (p5) is located on the face of the bars (p4) which sees the gap (plO).
  • FIG. 31 shows the general structure of the double compound homopolar machine (pl) of the invention, in an embodiment corresponding to a single single-phase reciprocating machine or to two structural phases of double compound homopolar machine, with a direct structure of the type (a20b). ) (see figure 4) with salient poles (gl) (see figure 7).
  • the following demonstrations can be transposed to an inverse machine of type (a20a), by symmetry of all the parts around a cylindrical surface centered on the axis (p8) and located in the middle of the gap (plO) .
  • the inductor is fixed and the moving armature, which is the case of a DC machine with mechanical collector.
  • the operating principle of said machine (pl) comes from the winding of the coil (p5) around the axis of rotation (p8). In this way, equivalent magnetic poles are created, for example, all North on the side (p3) and all South on the side (p'3).
  • the inductor behaves similarly to a group of magnets placed inside the armature (p3) / (p'3).
  • the magnetic flux, noted cj) s flows substantially along an axial line inside a bar (p4), then passes through the air gap (plO), then circulates substantially along a polar line in the armature (p3), crosses again the air gap (plO), returns in opposite direction along an axial line inside the bar (p4) consecutive to the first, then crosses again the gap, for closing through a polar line in the opposite armature (p '3).
  • a flux return part connects the inductors (p3) and (p'3), it can take either a form (p2b) of connection between the coplanar faces considered in a discoidal plane of the inductors (p3) and (p'3) , or a form (p2a) of connection between the peripheral faces considered in a discoidal plane of the induced (p3) and (p'3), or a combination of the two preceding forms.
  • the flow return piece (s) (p2a) and / or (p2b) may be asymmetrical or irregular in a first embodiment.
  • the flux return piece (s) (p2a) and / or (p2b) may be cylindrical in shape.
  • the flow return piece (s) (p2a) and / or (p2b) may not be used, and may be eliminated from the design of the machine (pl).
  • the machine (pl) produced comprises at least more than two structural phases, it is advantageous to use flow return parts (p2a) and / or (p2b).
  • the armatures (p3) and (p'3) are angularly shifted by an angle denoted Qs.
  • Said angle Qs corresponds to the angle of symmetry between the maximum flux gap point generated by the inductances (p3) and (p'3), each considered to be fed by the same direct current.
  • the inductives (p3) and (p'3) generate an air gap flow which is alternately entering and exiting in the gap, the angle Qs represents the angular offset between these flow figures.
  • the angle Qs is substantially equal to zero or 180 ° electrigue, and the phase shift $ 13 is equal to zero or 180 °.
  • the angle Qs is substantially equal in electric notation at (180 ° / Npe) and the time angle $ 13 is equal to (180 ° / Npe).
  • the inductor bars (p4) forming the inductor are supported by a holding piece (pl2), of annular or cylindrical shape, incorporating the means for maintaining rotation, which piece n (12) can provide the connection to the axis of rotation.
  • a holding piece (pl2) is ferromagnetic.
  • the piece (pl2) is not ferromagnetic, it can then be made of conductive material or insulating electricity.
  • the angular lengths of the parts (p4) and projections of the parts (p3) and (p'3) are substantially equal preferably 1/3 of an electric lathe, 120 ° electric.
  • Figure 32 describes a clever realization (p20) of the inductor (p'4), wherein the inductor bars (p4) are twisted so that each of their ends (p4a) and (p4b) is angularly offset.
  • the shape of the inductive bars (p4) seen on a cylindrical plane developed at the air gap need not be a rectangle, it can have any other shape, such as semi-annular, elliptical, semi-elliptical, rounded, circular, semicircular. Those skilled in the art will know how to determine the best form.
  • Figure 33 shows the case where several armatures (p3) and (p'3) are aligned on either side of the central coil (p5).
  • ⁇ ' ⁇ corresponding to the machine (pl)
  • said bars (p4) are elongated axially to cover axially substantially the length of the machine.
  • the other constructive provisions established for the machine (pl) remain valid.
  • each of the armatures (p3) and (p'3) are angularly phase-shifted relative to each other by an electrical angle equal to 180 ° / Npe.
  • the bars (p4a) and (p4b) are elongated axially to cover substantially axially the length of the machine.
  • the other constructive provisions established for the machine (p'1) remain valid.
  • the armatures (p3) and (p'3) are angularly phase shifted by an electrical angle equal to 180 ° / Npe.
  • the machine of the invention consists of at least as many single-phase machines (pl), or (p'1), or ( ⁇ ' ⁇ ), or (p '' 1) than external electrical phases.
  • a particular embodiment corresponds, in this polyphase arrangement, to a configuration where all these machines (pl), or (p'1), or ( ⁇ ' ⁇ ), or (p '' '1) are single-phase and are aligned along of the axis (p8) and regularly offset by an electric angle equal to substantially one complete revolution (360 °), divided by the number of phases Npe.
  • the rotor coil (p5) is removed and the flux return piece (p2a) and / or (p2b) is replaced by at least one annular magnet, magnetized substantially in the direction of the axis ( p8). Said annular magnet then takes the place of the flow return piece (p2a) and / or (p2b).
  • the annular magnet is sandwiched between a or two ferromagnetic parts of substantially trapezoidal or elliptical shape, which make it possible to concentrate the flow coming from the annular magnet, said parts having a truncated cone shape, with the widest side against the magnet.
  • the inductor coil (p5) may be supplied with alternating current, at a frequency and an electrical phase equal to or different from the supply frequency of the induced coils used in the parts (p3) and (p'3 ).
  • the inductor coil (p5) can be omitted, all the proposed construction arrangements remaining valid.
  • the inductor coil (p5) can be electrically connected in series with one of the DC inputs of the inverter supplying the induced coils used in the parts (p3) and (p'3), which inverter can be electromechanical broom, or electronic.
  • the outer shape of the pieces (p3) and / or (p'3) and the flux return piece (p2a) do not fit in one cylinder, but in another form which may be rectangular Elliptical or other, the person skilled in the art will then adapt the realization of the machine to this particular constructive disposition.

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Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante à structure homopolaire comportant un nombre Npe de phases électriques. Cette machine est caractérisée en ce qu'elle est constituée : - d'une juxtaposition, selon l'axe de rotation de la machine électrique tournante, d'au moins une paire d'induits ayant un nombre Np de pôles, placés de part et d'autre d'au moins ne bobine inductrice, enroulée autour de l'axe de rotation de la machine électrique tournante, les induits adjacents étant décalés angulairement d'un angle électrique θs quelconque, de préférence compris entre 0° et 90°/2Np; - d'au moins un inducteur passif constitué au moins partiellement de matériau ferromagnétique, séparé des induits par un entrefer; et dans laquelle l'un des induits et de l'inducteur étant mobile en rotation et constituant au moins un rotor et l'autre des induits et de l'inducteur étant fixe et constituant au moins un stator.

Description

Machine électrique tournante à structure homopolaire
La présente invention se réfère à des machines électriques tournantes à structure homopolaire, également dénommées machines électriques à flux transverse, composée ou autre, comportant de manière très générale un stator et un rotor, en particulier susceptibles d'être logés dans une carcasse. L'un au moins du stator et du rotor est constitué d'au moins une bobine électrique portée par une culasse magnétique, comportant au moins deux pôles décalés angulairement d'une valeur d'angle sensiblement égale.
ART ANTÉRIEUR
Les machines à stator homopolaire simple alimentées en courant alternatif sont connues de l'état de la technique. La structure et le fonctionnement d'une telle machine électrique, également dénommée machine électrique à flux transverse, sont largement décrits dans la littérature. Elles sont toutes basées sur des structures où les bobines électriques sont de forme annulaire. Ladite disposition annulaire est intéressante d'un point de vue fabrication, mais pénalise les performances, car elle génère un flux de fuites très important, et donc limite les performances à vitesse élevée, de par le caractère inductif de la machine .
La Figure 1 présente l'état de l'art antérieur pour ladite structure homopolaire simple, dans une version octopolaire, à stator à griffes triphasé et rotor à aimants superficiels. Une autre réalisation peut comporter un rotor à aimants enterrés. Une autre réalisation peut comporter un stator polyphasé, le nombre de phases structurelles étant quelconque (supérieur ou égal à l'unité) . Une autre réalisation peut comporter un rotor externe inversé .
La réalisation de la Figure 1 comporte trois stators identiques (cl), (c2) et (c3), formant une machine homopolaire simple triphasée (cO). Lesdits stators (cl), (c2) et (c3), seront notés dans ce document phases structurelles lorsqu'ils sont complets avec leur bobine (c4), (c5) ou (c6). Ces phases structurelles sont déphasées les unes par rapport aux autres d'un angle de 30° mécanique environ pour une version triphasée. Dans le cas de la réalisation présentée à la Figure 1, l'angle (clO), angle de déphasage entre la phase (cl) et la phase (c2), vaut sensiblement 30° et l'angle (cil), angle de déphasage entre la phase structurelle (cl) et la phase structurelle (c3), vaut sensiblement 60°. L'angle (clO) correspond sensiblement au tiers de l'angle électrique de la machine tournante, ledit angle électrique étant égal à 360° (un tour) divisé par le nombre de paires de pôles (quatre dans ce cas octopolaire) . L'angle (cil) vaut sensiblement le double de l'angle (clO) .
Ces décalages angulaires peuvent être différents, en fonction des applications, mais ces variations relèvent de l'état de l'art antérieur connu, appliqué à d'autres structures de machines tournantes notamment. Elles ne servent qu'à optimiser la machine tournante finale. Une version diphasée de ladite machine tournante ne comporterait que deux stators (cl) et (c2), qui seraient alors décalés d'un angle (clO) égal à 45° dans la réalisation octopolaire décrite à la Figure 1. Les règles de calcul des décalages angulaires entre phases structurelles, ou stators respectifs font partie de l'état de l'art antérieur. Dans une version polyphasée, de manière générale, le nombre de phases électriques d'alimentation est au moins égal au nombre de phases structurelles (stators) (cl), (c2), (c3).
Dans la réalisation de la Figure 1, les stators (cl), (c2) et (c3) peuvent avoir une structure à griffes ou ondulée (réalisée avec de la tôle vrillée), qui est caractérisée par une ondulation apparente des bobines statoriques, notées respectivement (c4), (c5) et (c6) autour des plans de rotation X/Y (cl2) de chaque stator. Ladite ondulation peut être obtenue par vrillage des dents statoriques, comme le propose la demande de brevet français n°2809240, ou encore par encerclement des bobines (c4), (c5) et (c6) comme le propose la demande de brevet français n°2828027.
Dans cette dernière réalisation astucieuse, présentée à la
Figure 2 pour un nombre de pôles égal à 28, les stators (cl), (c2) et (c3) sont tous réalisés de la même façon (blO), à partir de deux griffes identiques (bl) et (b2), enserrant une bobine (b3). Lesdites griffes sont assemblées l'une sur l'autre, conformément à la demande de brevet n°2828027, de façon à ce que leurs dents respectives (b4) et (b5) des deux griffes (bl) et (b2) soient sensiblement équidistantes . La griffe (bl) est posée sur la griffe (b2) , comme l'indique la flèche (b7). Les zones de contact (b30) entre les griffes (bl) et (b2) doivent être correctement réalisées, afin d'éviter les entrefers magnétiques indésirables dans la zone de contact. La forme de cette zone de contact (b30) peut ne pas être constituée d'un plan coplanaire selon X/Y (cl2), mais adopter toute autre forme comme une ondulation ou encore un crénelage, qui autoriserait le calage angulaire relatif desdites griffes (bl) et (b2). La griffe (b2) est décalée angulairement par rapport à la griffe (bl) . Ledit angle de calage (b6) vaut dans le cas du stator de la figure 2 sensiblement la moitié de l'angle électrique de la machine, c'est-à-dire pour cette polarité de 14 paires de pôles présentée à la figure 2, la valeur de 12,857°.
II est important de noter que les réalisations des Figures 1 et 2 considèrent que chaque dent (b4) et (b5) forme un pôle électrique complet de la machine. Nous sommes par conséquent en présence dans la figure 1 d'un assemblage de machines électriques tournantes monophasées, réunies axialement autour d'un même rotor (c7) . Ledit rotor peut être de plusieurs natures, notamment synchrone, asynchrone ou à réluctance variable. Les différentes réalisations connues à ce jour des rotors font partie de l'état de l'art antérieur et s'adaptent toutes à la présence d'un ensemble de stators à griffes, tel que décrit à la Figure 1.
Nous nommerons dans la suite de ce document les stators (cl), (c2) et (c3) sous le nom de phase structurelle, afin d'en clarifier le rôle. Dans toute la description qui suit, nous considérerons donc comme formant une phase structurelle complète l'ensemble formé par deux griffes (bl) et (b2) , enserrant une bobine (b3). La Figure 3 reprend de façon plus synthétique cette proposition, en présentant ces deux griffes (alO) pour (bl), et (ail) pour (b2) , qui sont réunies l'une contre l'autre selon la direction (al3), pour former une seule phase (al4), présentée en figure 4, telle que celle (blO) décrite ci-dessus en référence à la figure 2 et correspondant à la réunion de deux griffes (bl) et (b2) , enserrant une bobine (b3) . Il faut noter à ce stade de la description de l'état de l'art, l'intérêt de prévoir un moyen de maintien axial des griffes (bl) et (b2) l'une sur l'autre, qui peut consister par exemple en une rondelle élastique de serrage, montée en un endroit quelconque de l'axe de rotation du plan XY (cl2). L'état de l'art décrit largement les formes des dents, afin d'améliorer le flux d'entrefer et de réduire les flux de fuites.
Toutes ces descriptions des Figures 1 et 2 font partie de l'état de l'art antérieur. Elles incluent la version à stator inversé, où les dents (b4) et (b5) des griffes (bl) et (b2) sont situées sur la périphérie extérieure, avec un rotor qui est situé extérieurement au stator.
La Figure 3 présente la façon dont deux griffes (alO) et
(ail) forment de façon générique une phase structurelle (al4a) ou (al4b) , laquelle phase structurelle peut former indifféremment un induit ou un inducteur de machine électrique tournante, selon que la bobine (al5) est englobée de façon interne par les griffes (alO) et (ail) . Le cas représenté par la réalisation (al4a) correspond à une machine dite à structure inverse, à rotor externe, où la bobine (al5) est placée à l'intérieur du rotor. Le cas représenté par la réalisation (al4b) correspond à une machine dite à structure directe, à rotor interne, où la bobine (al5) est placée à l'extérieur du rotor.
L'état de l'art antérieur fait apparaître clairement l'interchangeabilité des différents éléments d'une machine tournante électrique, notamment leur position relative interne ou externe, comme le présente la Figure 4. La phase structurelle (al4), constituée de deux griffes (alO) et (ail), peut être située à l'extérieur d'une pièce (a22), pour former alors une machine tournante monophasée directe (a20b) . La phase structurelle (al4), constituée de deux griffes (alO) et (ail) peut être située à l'intérieur d'une pièce (a21), pour former alors une machine tournante monophasée inverse (a20a) . La juxtaposition axiale de ces machines complètes (a20a) ou (a20b) , décalées angulairement d'un angle adéquat, tel que connu de l'état de l'art explicité ci- dessus, permet de former une machine tournante polyphasée.
Dans la présentation de la figure 4, les pièces (al4), (a22) et (a21) peuvent être indifféremment statiques ou tournantes. Si une pièce (al4) tournante comporte une bobine solidaire, il faut alors l'alimenter par des bagues ou tout autre système connu de l'homme de l'art (diodes tournantes par exemple).
La combinaison (al4) statique et (a22) à aimants tournants (ou inducteur bobiné), correspond à une machine dite synchrone directe (a20b) . La phase structurelle (al4) est alors alimentée en courant alternatif et selon les procédés de contrôle dits brushless connus de l'homme de l'art.
La combinaison (al4) statique et (a21) à aimants tournants (ou inducteur bobiné) , correspond à une machine (a20a) formant une machine dite synchrone inversée. La phase structurelle (al4) est alors alimentée en courant alternatif et selon les procédés de contrôle dits brushless connus de l'homme de l'art.
La combinaison (a21) statique et (al4) tournant, correspond à une machine (a20a) formant un alternateur à griffes, dit de Lundell, largement utilisé dans les moteurs thermiques. Toutes les autres combinaisons sont possibles, comme (al4) tournant et (a22) statique, ou encore (al4) tournant et (a21) statique, ou encore les deux parties (al4) et (a22) tournantes, ou encore les deux parties (al4) et (a21) tournantes. Ces différentes combinaisons sont larqement décrites dans l'état de l'art, pour les machines tournantes à structure coplanaire.
La fiqure 5 présente un état de l'art antérieur des machines à rotor homopolaire alimentées en courant continu. La fiqure 5 présente la structure classique d'une machine à rotor homopolaire (éqalement dénommée machine électrique à flux transverse) où un stator polyphasé tétrapolaire coplanaire (al) est placé autour d'un rotor séparé en deux demi-rotors (a2) et (a3), décalés anqulairement l'un par rapport à l'autre de 90° mécaniques. La bobine d'excitation rotorique (a4) est située dans le plan médian de réunion des deux demi-rotors (a2) et (a3). Une fois alimentée en courant continu, la bobine (a4) qénère un flux maqnétique noté cj), qui traverse radialement l'entrefer séparant le rotor du stator en face des zones notées S du côté du rotor (a3) et en face des zones notées N du côté du rotor (a2) . Il en résulte que la moitié des conducteurs du stator (al) ne reçoivent aucun flux maqnétique rotorique et ne participent donc pas à la qénération de couple moteur .
L'utilisation de cette topoloqie de machine a donc été réduite à des applications particulières, où le rotor doit par exemple tourner très vite, ou encore où la température ambiante de fonctionnement était incompatible avec les technoloqies de bobinaqe classique. L'application la plus remarquable de cette technoloqie consiste en une machine cryoqénique, où l'enroulement en céramique ne pouvait pas supporter une mise en rotation.
Ces structures homopolaires présentent de manière qénérale le défaut principal de fournir la moitié du couple qu'une machine coplanaire similaire pourrait fournir. Ceci est la principale raison de leur faible utilisation industrielle. La machine homopolaire décrite dans l'état de l'art a conduit à la machine homopolaire dite double, décrite dans une version restreinte dans le brevet français n° FR 10 60923-1, qui est réalisée en assemblant des machines homopolaires à bobines annulaires, autour d'une bobine centrale magnétisante de forme annulaire. Le défaut de cette machine homopolaire double réside dans la suppression d'un pôle magnétique sur deux dans son rotor, ce qui entraîne une perte de couple importante .
Les formes de pôle de l'état de l'art antérieur sont diverses, et peuvent par exemple prendre la forme, dans des machines monophasées, de pôles saillants. Une machine monophasée à pôles saillants est alors constituée d'un ou deux ensembles (glO) tels que décrits aux Figures 6 et 7. Une pièce (gl) constituée de matériau ferromagnétique reçoit, dans une version (g5), un bobinage qui peut être imbriqué (g3) ou, dans une version (g6), ondulé (g4) . Le bobinage imbriqué (g3) se caractérise par le fait que chaque spire fait plusieurs tours autour d'un même pôle (g2), avant de passer au pôle (g2) suivant. Un bobinage ondulé (g4) se caractérise par le fait que chaque spire passe autour de tous les pôles (g2) de la pièce (gl) avant de repasser sur le même pôle (g2) . Une combinaison ondulé-imbriquée est possible, l'état de l'art le décrit abondamment.
La pièce (gl) est associée à une pièce (gl3), qui comporte des aimants (gl2) ou un bobinage entourant des pièces polaires (gl2). Comme apparaissant en figure 7, l'ensemble de droite (glO), grossi en (gll) dans la partie gauche de la figure, forme une machine monophasée à double saillance, où le courant dans les différentes bobines peut être continu ou alternatif. L'ensemble formé par (gl2) et (gl3) peut être réalisé en utilisant une structure à pôles lisses, telle que l'état de l'art la décrit abondamment, au travers d'encoches traversées par des bobines électriques. Les pièces (gl3) peuvent être soit internes, soit externes, aux pièces (gl). Il est possible de démontrer que les structures dites homopolaires (a20a) et (a20b) de la figure 4 sont en fait des machines monophasées, qui procèdent de la même topologie générique que (gl) tel que montré en figures 6 et 7.
CONTEXTE DE L'INVENTION
La présente invention se réfère comme indiqué auparavant à des machines électriques tournantes à structure homopolaire (éqalement dénommée machine électrique à flux transverse) , composée ou autre. Les machines électriques tournantes à structure homopolaire comportent classiquement un stator et un rotor, au moins le stator ou le rotor étant constitué d'au moins une bobine électrique portée par une culasse maqnétique. La machine électrique tournante selon la présente invention comporte au surplus au moins deux pôles décalés anqulairement d'une valeur d'anqle sensiblement éqale . Ces pôles peuvent être constitués par des pattes ou dents solidaires de ladite culasse annulaire et repliées parallèlement à l'axe de rotation de la machine, ou par des excroissances solidaires de ladite culasse annulaire, ou encore réalisés par des encoches ménaqées dans la culasse, recevant des conducteurs.
Les parties tournantes, dites rotor dans les descriptions qui suivent, peuvent être multiples, et les parties fixes, dites stators, peuvent aussi être multiples. Il est alors possible de former une machine électrique tournante comportant un seul stator, ou qroupe de stators, associée à un seul rotor, ou à plusieurs rotors ou qroupes de rotors. Par extension, il est possible de former une machine électrique tournante comportant un nombre quelconque de stators ou de qroupes de stators, associée à un nombre quelconque de rotors ou de qroupes de rotors.
La notion de qroupe de stators ou de rotors correspond dans ce document à la notion de phases électriques . Une machine électrique tournante polyphasée, comporte Npe phases électriques, c'est-à-dire comportant Npe qroupes de bobines indépendantes, alimentées par un système polyphasé adapté. Ladite machine électrique tournante polyphasée est formée de Npe qroupes de machines électriques tournantes monophasées élémentaires. Dans tout ce qui suit, les rotors et les stators peuvent être montés de façon directe avec le rotor interne au stator, ou de façon inverse, avec le rotor externe au stator. Dans toutes les descriptions les induits et les inducteurs peuvent être placés au rotor et/ou au stator.
EXPOSE DE L' INVENTION
La machine électrique tournante à structure homopolaire de l'invention, comportant un nombre Npe de phases électriques, se caractérise en ce qu'elle est constituée :
d'une juxtaposition, selon l'axe de rotation de la machine électrique tournante, d'au moins une paire d'induits ayant un nombre Np de pôles, placés de part et d'autre d'au moins une bobine inductrice, enroulée autour de l'axe de rotation de la machine électrique tournante, les induits adjacents étant décalés anqulairement d'un anqle électrique 6s quelconque, de préférence compris entre 0° et 90°/2Np ;
d'au moins un inducteur passif constitué au moins partiellement de matériau ferromaqnétique, séparé des induits par un entrefer ;
et dans laquelle l'un des induits et de l'inducteur étant mobile en rotation et constituant au moins un rotor et l'autre des induits et de l'inducteur étant fixe et constituant au moins un stator .
Selon une possibilité, l'inducteur comporte Np barreaux inducteurs orientés dans une direction d'allure axiale, couvrant sensiblement la lonqueur axiale de la machine et rapportés à un support les reliant.
La bobine inductrice peut, dans certaines confiqurations , traverser radialement l'entrefer de part et d'autre de chaque barreau de l'inducteur, entrant d'un côté et ressortant de l'autre côté de manière à passer respectivement au-dessus et au- dessous de deux barreaux adjacents de l'inducteur, dans une direction radiale. Alternativement, la bobine inductrice est située en totalité entre les induits de la paire d'induits, et ne franchit pas l'entrefer. Les barreaux inducteurs peuvent être vrillés, leurs extrémités axiales étant angulairement décalées. Ils peuvent également être scindés en plusieurs portions positionnées respectivement en regard des induits et de la zone comportant la ou les bobines inductrices, la ou les portions en regard de la zone comportant la ou les bobines inductrices étant solidaires des induits. Dans cette hypothèse, les portions des barreaux inducteurs solidaires de l'induit sont décalées angulairement relativement audit induit d'une valeur guelcongue, avec une valeur préférentielle de 90°/2Np, prise entre le centre d'un pôle induit et le centre du barreau inducteur solidaire dudit induit.
Selon une possibilité, chague induit des paires d'induits comporte une culasse magnétigue reliant leurs pôles, lesdits induits étant reliés par des pièces polaires de retour de flux reliant les parois radiales des induits en regard. Alternativement ou additionnellement, les culasses peuvent être reliées par des pièces polaires de retour de flux entourant les parois non radiales des induits distales de l'inducteur. Dans nombre de configurations, les culasses et les pièces polaires de retour de flux sont d'allure cylindrigue.
Selon une configuration possible, le secteur angulaire couvert par les pôles est de 120° électrigue. Toujours selon une possibilité propre à l'invention, les induits des paires d'induits séparés par une bobine sont chacun constitués de plusieurs induits élémentaires.
Dans une alternative configurationnelle, l'inducteur comporte Np/2 barreaux inducteurs orientés dans une direction d'allure axiale, couvrant sensiblement la longueur axiale de la machine et rapportés à un support les reliant à l'axe de rotation de la machine électrigue tournante. Cette variante est adaptée aux machines pour lesguelles la bobine inductrice est située en totalité entre les induits de la paire d'induits, et ne franchit pas l'entrefer. Selon encore une autre alternative, la bobine inductrice peut être remplacée par un aimant sensiblement annulaire magnétisé dans la direction de l'axe de rotation de la machine électrique tournante. Dans cette hypothèse, ledit aimant peut être disposé au contact d'au moins une pièce polaire ferromagnétique de concentration de flux.
La bobine inductrice peut par exemple être vrillée, annulaire ou de forme ondulée dans un plan transversal. Si la bobine inductrice est alimentée en courant alternatif, dans le cas d'une machine polyphasée, les bobines inductrices des différentes phases peuvent être couplées en étoile, triangle ou zig-zag .
De telles machines électriques tournantes à structure homopolaire composée peuvent être constituées de manière très flexible, et notamment comporter au moins un stator ou groupe d'une pluralité de stators associé à au moins un rotor ou groupe d'une pluralité de rotors. De même, un induit peut être commun à plusieurs inducteurs ou un inducteur peut être commun à plusieurs induits. Dans ce dernier cas, de préférence, une pièce de couplage en matériau ferromagnétique peut relier les plusieurs inducteurs ou les plusieurs induits.
Dans le cas d'une autre variante encore, avec une machine dont le rotor comporte des aimants permanents sur une paroi située en regard du ou des stators, les aimants peuvent être inclinés par rapport à un plan tangentiel à ladite paroi située en regard du ou des stators. Par ailleurs, des surfaces libres des pôles bordant l'entrefer peuvent être inclinées dans une direction axiale, de manière linéaire ou incurvée. De même, la surface libre d'un pôle bordant l'entrefer peut être asymétrique dans une direction transversale par rapport à un plan axial médian du pôle contenant l'axe de rotation.
On a vu auparavant qu'il existait plusieurs mises en œuvre possibles des pôles magnétiques dans les machines tournantes selon l'invention. Dans l'hypothèse où les pôles des induits sont constitués de dents comportant une jambe d'allure radiale reliée via un pied à la culasse et un bec d'allure axiale, lesdites dents de chaque induit étant séparées par une distance anqulaire permettant l'emboîtement tête-bêche d'un autre induit à structure dentée identique en vue de constituer la paire d'induits autour de la bobine inductrice, le bec peut comporter au moins un décrochement en marche d'escalier. Ce décrochement est de préférence situé à une distance radiale de l'axe de rotation de la machine électrique tournante sensiblement éqale à la distance radiale d'une paroi de la culasse s 'étendant dans une direction axiale dont dépassent les dents. De plus, ce décrochement peut comporter une paroi située dans un plan transversal médian de la paire d'induits, utilisé pour l'emboîtement tête-bêche de deux induits .
Pour améliorer les caractéristiques maqnétiques du moteur, les dents s'évasent de préférence via des oreilles latérales au niveau de leur liaison à la culasse. Elles peuvent par ailleurs aussi être distinctes de la culasse, et dans ce cas, la culasse peut présenter des évidements pour la fixation des dents.
Selon l'invention, la bobine inductrice peut être enroulée de façon vrillée, en sinusoïde, autour des pieds des dents des induits de la paire d'induits entourant la bobine inductrice. Pour faciliter le passaqe de la bobine inductrice, les sections des jambes des dents peuvent de préférence présenter, en au moins une surface cylindrique coaxiale à l'axe de rotation, des parois latérales parallèles entre elles, notamment d'un seul tenant ou en escalier. Alternativement encore, lesdites sections peuvent comporter des parois latérales courbes.
Selon une possibilité qui peut s'avérer intéressante pour la fabrication, les becs des dents peuvent d'ailleurs être distincts et rapportés sur les jambes. Lorsque la machine électrique tournante de l'invention est polyphasée, elle est de préférence constituée d'une juxtaposition coaxiale de machines monophasées selon les revendications précédentes, régulièrement décalées d'un angle électrique de 360°/2Npe. Dans sa version polyphasée, elle peut alternativement être constituée d'une juxtaposition coaxiale de machines monophasées alignées angulairement, un déphasage interphase étant causé par la rotation, au niveau du rotor, des aimants ou des inducteurs bobinés ou des saillances polaires. Pour ces machines polyphasées, des bobines intermédiaires peuvent être disposées entre les machines monophasées.
La liste suivante regroupe de façon non-exhaustive différentes variantes possibles d'applications de l'invention dans une machine électrique tournante :
— machine synchrone avec rotor à aimants ou bobiné,
— machine synchrone avec rotor à aimants réalisés en plasto- aimants, c'est-à-dire formés d'une poudre magnétique imprégnée de résine,
— machine asynchrone avec rotor à cage ou bobiné,
— machine à réluctance variable, à rotor passif ou actif
(aimanté) .
— la disposition relative des différentes parties (al4), (a22) et (a21) , pour former une machine de type (a20b) ou (a20a) , conduit à une machine à stator extérieur ou à stator intérieur, dite inversée,
— machine monophasée, diphasée, triphasée ou polyphasée, obtenue par empilement axial de machines élémentaires (a20b) ou (a20a) correctement déphasées les unes par rapport aux autres d'un angle électrique sensiblement égal à un tour électrique (360° divisé par le nombre de paires de pôles) divisé par le nombre de phases, ledit déphasage angulaire pouvant être créé au niveau du rotor ou du stator, — machine polyphasée, comportant au moins une phase structurelle, où chaque phase électrique est constituée de plusieurs machines élémentaires (a20b) ou (a20a) électriquement connectées en série ou en parallèle électriquement
— machine polyphasée, comportant au moins une phase structurelle, où les phases structurelle (al4) sont toutes aliqnées anqulairement et où le déphasaqe inter-phase est causé par la rotation au niveau du rotor, soit des aimants, soit des inducteurs bobinés, soit des conducteurs de la pièce complémentaire (a22) ou (a21), soit des saillances polaires
— machine polyphasée, comportant au moins une phase structurelle, où les bobines (b3) sont divisées en plusieurs enroulements distincts, eux-mêmes couplés d'une phase à l'autre en ziq-zaq, étoile, ou trianqle pour former une machine polyphasée complète
l'ensemble peut former aussi un transformateur statique, où toutes les parties (al4), (a22) et (a21) étant statiques, forment un déphaseur statique.
Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantaqes apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les fiqures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, pour lesquelles :
La fiqure 8 représente schématiquement une machine électrique tournante monophasée selon l'invention ;
La fiqure 9 montre de manière schématique une machine électrique tournante polyphasée ou à plusieurs machines électriques tournantes monophasées selon la fiqure 8 ;
la fiqure 10 montre différents types de bobines utilisées dans les machines électriques tournantes monophasées selon l'invention ;
Les fiqures 11 et 12 représentent les modes de couplaqe électrique utilisables pour les bobines de plusieurs machines électriques tournantes monophasées selon l'invention ;
La fiqure 13 illustre le couplaqe maqnétique de pièces de machines électriques tournantes monophasées ou polyphasées selon l'invention ;
La fiqure 14 montre un mode de réalisation d'une dent selon l'invention ;
La fiqure 15 propose un mode de réalisation alternative d'une dent selon l'invention ;
La fiqure 16 représente un autre mode de réalisation alternative d'une dent selon l'invention ;
La fiqure 17 montre une vue en perspective partielle d'une dent et d'une fraction d'une culasse d'un stator selon l'invention ; La figure 18 représente des fractions de culasses d'un stator avec des dents de modèles différents coopérant avec une bobine inductrice selon l'invention ;
La figure 19 illustre plusieurs types de sections transversales de pieds de dents ou pôles selon l'invention ;
La figure 20 montre un mode de réalisation d'une dent séparée de la culasse selon l'invention ;
La figure 21 représente un mode de réalisation des culasses dentées selon l'invention ;
La figure 22 montre un exemple d'implantation inclinée d'aimants d'un rotor constitué d'aimants permanents selon l'invention ;
Les figures 23 et 24 illustrent un mode de réalisation de modulation d'une largeur de l'entrefer par inclinaison ou asymétrie des pôles selon l'invention ;
La figure 25 présente un mode de réalisation de réalisation particulier d'une dent ou d'un pôle, en deux parties selon l'invention ;
La figure 26 présente une structure de moteur homopolaire à bobine inductrice passant alternativement sur et sous des barreaux inducteurs d'un inducteur selon l'invention ;
La figure 27 illustre un exemple de réalisation de barreaux inducteurs selon l'invention ;
La figure 28 montre un mode de réalisation alternatif de de barreaux inducteurs de la figure 26 ;
La figure 29 représente une variante de réalisation à plusieurs induits placés de part et d'autre d'une bobine inductrice selon l'invention ;
La figure 30 montre plusieurs configurations possibles pour un moteur homopolaire selon l'invention ;
La figure 31 représente un moteur homopolaire à structure double selon l'invention ; La figure 32 illustre un exemple de réalisation de barreaux inducteurs pour le moteur homopolaire à structure double de la figure 31 ;
La figure 33 représente une variante de réalisation à plusieurs induits placés de part et d'autre d'une bobine inductrice selon l'invention pour le moteur homopolaire à structure double de la figure 31 ;
Les figures 34 à 36 montrent différentes variantes de réalisation des pièces de moteurs homopolaires selon l'invention ; et
La figure 37 représente différentes solutions de coopération entre un moteur selon la présente invention et une commande électronique .
Les inventions décrites dans ce document utilisent dans une première réalisation une machine monophasée (fl) décrite à la Figure 8, qui sera appelée phase structurelle, réalisée à l'aide de la réunion d'au moins deux pièces (f3) et (f2), sensiblement centrées autour du même axe (fO), lesquelles pièces sont séparées par un entrefer (f6) qui suit sensiblement un cylindre, lequel est sensiblement centré sur l'axe (fO), ou un disque, lequel est sensiblement centré sur l'axe (fO), ou une combinaison des deux (cylindre et disque), constituées chacune, et de façon indépendante, soit de pièces de forme à griffes (al4a) ou (al4b) , soit de forme à pôles saillants (gl) , soit de forme du type machine à pôle lisse, laquelle structure à pôles lisses est caractérisée par la présence de conducteurs disposés le long d'une surface d'entrefer, et soit enfouis dans des encoches, soit superficiels. Les conducteurs sont alors assimilables à une densité de courant linéique d'entrefer, tel que l'état de l'art le décrit abondamment, ladite machine à pôles lisses (gla) pouvant être monophasée ou polyphasée, avec un nombre de phases quelconque, supérieur ou égal à un.
Les pièces (f2) et (f3), réalisées selon une forme (al4a) ou
(al4b) ou (gl) ou en pôles lisses, se caractérisent par un nombre de pôles noté Np dans tout ce document, qui selon les conventions de l'état de l'art est égal au nombre d'alternances de passages dans l'entrefer (f6), du flux généré par les pièces (f2) et (f3), lesquels passages de flux sont considérés lorsque les pièces (f2) et (f3) sont alimentées indépendamment l'une de l'autre, chacune par un courant continu constant.
Les angles seront notés dans ce document de deux façons. Lorsque l'angle est dit mécanique, il correspond à l'angle absolu, compté sur un tour mécanique complet. Lorsque l'angle est dit électrique, il correspond à l'angle mécanique divisé par le nombre de paires de pôles, c'est-à-dire par Np/2. Tous les angles électriques sont comptés modulo 360° électrique. La notion d'induit correspond à une pièce dont la bobine est alimentée en courant alternatif. La notion d'inducteur est liée à un ensemble de pièces dont la bobine est alimentée, soit en courant continu, soit en courant alternatif, ce qui sera le cas par exemple des stators de moteurs asynchrones d'induction. La notion d'inducteur inclut les pièces qui reçoivent des aimants. Une machine peut comporter un ou plusieurs induits et un ou plusieurs inducteurs. Une machine doit comporter au moins un induit et un inducteur .
Il faut préciser que la notion de saillance inclut les inducteurs à aimants.
La Fiqure 37 présente différentes solutions d'aqencement entre le moteur électrique réalisé par l'invention et son variateur électronique.
Toutes les inventions présentées dans ce document conduisent à la réalisation de machines électriques polyphasées, comportant au moins une phase électrique, avec les variantes formées par une combinaison quelconque des 34 options suivantes :
1. les induits sont fixes (cas des machines dites synchrones) ou bien tournants (cas des machines à courant continu), dans ce dernier cas l'alimentation de la machine se fait par l'intermédiaire d'un système électromécanique de type collecteur/balais , comme l'état de l'art le décrit pour les machines à courant continu à balais ;
2. chacune des pièces (f2) et (f3)est inducteur ou induit, rotor ou stator. Associées, elles forment une machine électrique tournante comportant un nombre de pôles électromaqnétiques identique dans une première réalisation, et différent dans une deuxième réalisation ;
3. dans un premier cas, le ou les stators sont extérieurs et le ou les rotors sont intérieurs, ladite structure est dite directe, dans un deuxième cas le ou les stators sont intérieurs et le ou les rotors sont extérieurs, ladite structure est dite inverse, dans un troisième cas, une partie des stators est intérieure et l'autre partie des stators est extérieure, associée à une partie des rotors qui est intérieure et l'autre partie des rotors qui est extérieure ; comme décrit dans la Fiqure 10, les bobines utilisées dans les machines monophasées peuvent être soit de forme annulaire
(flO), soit de forme irréqulière, dans ce dernier cas, 1 ' irréqularité peut se traduire dans une première réalisation par une ondulation quelconque (fil) ou (fl2) autour d'un plan discoïdal sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation
(fO), dans une deuxième réalisation par une ondulation (fl3) autour d'un tube cylindrique sensiblement centré sur l'axe de rotation (fO) (l'ondulation peut déborder l'axe central ou les bords latéraux de la bobine) , ou dans une troisième réalisation d'une combinaison des deux solutions précédentes ;
les dimensions des bobines (flO) dans le plan de coupe cylindrique peuvent être quelconques ainsi que leur forme ; les flancs latéraux correspondant au bord latéral extrême selon l'axe (fO) des phases électromaqnétiques formant les pièces (f2) et (f3), lesdits flancs latéraux (f4) et (f5) (voir en fiqure 8) des pièces (f2) respectivement (f3), sont dans une première réalisation aliqnés selon un même plan discoïdal centré sur l'axe (fO), ou dans une deuxième réalisation lesdits flancs latéraux (f4) et (f5) ne sont pas aliqnés, la pièce interne (f2) pouvant être axialement plus lonque ou plus courte que la pièce externe (f3) ;
les pièces (f2) et (f3) peuvent utiliser une même structure, ou bien elles peuvent être de formes et dimensions différentes, ou bien utiliser une structure de machine monophasée différente ;
les pièces (f2) et (f3) comportent au moins une bobine ou au moins un aimant, lesquels fournissent un flux au niveau de l'entrefer qui les sépare, lequel flux suit une direction soit radiale, soit axiale, soit selon un chemin radial et/ou axial ;
une machine polyphasée est formée en aliqnant sensiblement autour du même axe (fO) au moins deux machines monophasées (fl), lesquelles forment une machine comportant soit autant de phases électriques que de machines monophasées (fl), soit un nombre de phases électriques inférieur au nombre de machines monophasées (fl), de préférence ledit nombre de machines monophasées (fl) est un multiple du nombre de phases électriques ;
une des deux pièces (f2) ou (f3) formant chaque machine monophasée (fl) peut être commune à la totalité (ou à une partie) des pièces opposées, par exemple à la Fiqure 9, la machine (fil) présente toutes les pièces (f3) réunies en une seule pièce (f3a), toutes les combinaisons sont possibles, c'est-à-dire réunir toutes ou partie des pièces (f2) en face de pièces (f3) différentes ou réunies de façon partielle ou complète, ou le contraire respectivement les pièces (f3) réunies en face de pièces (f2) de façon partielle ou complète, les flancs latéraux des pièces (f2)et (f3), ou des qroupes de pièces (f2), ou des qroupes de pièces (f3), peuvent ne pas coïncider dans un plan discoïdal centré sur l'axe (fO) ;
dans une première réalisation les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées à partir de machines dites homopolaires (al4) (voir en fiqures 3 et 4), telles que décrites dans l'état de l'art et dans les inventions qui suivent, dans une deuxième réalisation les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées à partir de machines à pôles saillants (ql) , dans une troisième réalisation les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées à partir de machines à pôles lisses (qla) , dans une quatrième réalisation les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées à partir d'une combinaison quelconque de (al4), (gl) et à pôles lisses ;
chacune des pièces (f2) et (f3) comporte soit au moins une bobine électrique, soit au moins un aimant, soit au moins une cage en court-circuit telle qu'elle est connue dans l'état de l'art des machines asynchrones d'induction, soit aucune bobine ni aimant, ce cas correspondant à la machine à réluctance variable, notons que les deux parties (f2) et (f3) forment de préférence un système électromagnétique de même polarité, c'est-à-dire générant un flux électromagnétique comportant au niveau de l'entrefer autant de zones rentrantes que de zones sortantes, la surface de séparation étant considérée comme délimitant la jonction entre les pièces (f2) et (f3) ;
le couplage électrique des bobines des différentes machines monophasées (fl) peux former une étoile électrique, un triangle électrique, ou toute combinaison de ces deux formes, comme l'état de l'art le propose par exemple avec le couplage zig-zag, tel que décrit aux Figures 11 et 12 ;
le nombre de phases électriques vaut au moins un, et peut prendre toute valeur supérieure à l'unité ;
le nombre de paires de pôles de chaque machine monophasée (fl) est soit identique, soit différent afin de former une machine multi-vitesses ;
les différentes machines monophasées (fl) alignées axialement sont soit jointives, soit elles sont séparées entre elles avec une cale de séparation axiale, et/ou des bobines intermédiaires ;
le décalage angulaire, selon un plan discoïdal centré sur l'axe (f0), entre les différentes machines monophasées (fl) alignées axialement est libre, avec la condition que la somme de tous les décalages angulaires successifs entre les différentes machines monophasées (fl) depuis la première machine jusqu'à ladite première machine, soit éqal à zéro pour une machine monophasée, ou soit éqal à un demi-tour électrique (180°) pour une machine diphasée, ou soit éqal à un tour électrique complet (360°) pour les polarités supérieures ou éqales à trois phases, de façon préférentielle ledit décalaqe anqulaire est sensiblement similaire pour toutes les machines monophasées (fl) ;
le décalaqe anqulaire, selon un plan discoïdal centré sur l'axe (f0), entre les différentes machines monophasées (fl) peut être réparti sur les deux pièces (f2) et (f3) les formant, soit de façon symétrique, soit de façon symétrique ou asymétrique réqulière ou irréqulière, soit en le concentrant sur une seule des deux pièces (f2) ou (f3), la pièce opposée étant alors formée de pièces aliqnées ;
les bobines utilisées dans les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées avec du fil conducteur choisi de façon non-exhaustive parmi la liste suivante, de façon homoqène ou mélanqée : le cuivre, l'aluminium, un matériau polymère... ; les bobines utilisées dans les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées avec du fil conducteur isolé par l'un quelconque ou une combinaison quelconque des procédés choisis de façon non-exhaustive parmi la liste suivante : soit un isolant électrique souple ou riqide, formé d'un enrubannaqe, un résinaqe liquide ou pâteux, appliqué par trempaqe, pinceau, immersion, pistolet, lequel est séché par qouttaqe ou par cuisson au four ou par séchaqe naturel, lequel est affiné par un passaqe sous vide d'air ;
les bobines utilisées dans les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées avec du fil conducteur isolé par un isolant électrique qui peut être de l'alumine obtenue par oxydation d'aluminium, ou une céramique rapportée et transformée à froid ou par cuisson de la bobine finale ; les bobines utilisées dans les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées avec du fil conducteur dont la forme est choisie de façon non-exhaustive parmi la liste suivante : ronde, elliptique, carrée, rectangulaire, trapézoïdale, octogonale, hexagonale, en bande fine ;
les bobines utilisées dans les machines monophasées (fl) peuvent être réalisées avec du fil conducteur qui reçoit un système d'isolation complémentaire à l'isolation de chaque conducteur élémentaire, lequel système d'isolation peut être appliqué, soit sur le groupe de fils formant une bobine complète ou partielle, soit directement sur les pièces ferromagnétiques formant le circuit électromagnétique ;
il est possible de combiner une machine à pôles lisses avec une ou plusieurs machines monophasées, cela est particulièrement intéressant pour réaliser une machine asynchrone ;
il est possible de coupler magnétiquement tout ou partie des pièces (f2) formant une machine polyphasée ou monophasée, par une pièce (f20), telle que représentée à la Figure 13, ladite pièce (f20) étant réalisée en matériau ferromagnétique, ladite pièce (f20) est de forme sensiblement cylindrique ou sensiblement discoïdale, ledit couplage permet d'améliorer le couplage électrique entre phases structurelles successives ; il est possible de coupler magnétiquement tout ou partie des pièces (f3) formant une machine polyphasée ou monophasée, par une pièce (f30), telle que représentée à la Figure 13, ladite pièce (f30) étant réalisée en matériau ferromagnétique, ladite pièce (f30) est de forme sensiblement cylindrique ou sensiblement discoïdale, ledit couplage permet d'améliorer le couplage électrique entre phases structurelles successives ; chacune des pièces ferromagnétiques utilisées dans les inventions peut être réalisée avec l'une quelconque des solutions technologiques, choisie parmi la liste suivante non-exhaustive : tôle ferromagnétique emboutie ou découpée isolée droite ou vrillée et assemblée maintenue par poinçonnage ou soudure etc., acier massif, poudre de fer pressée à froid ou à chaud, poudre de fer pressée à froid ou à chaud puis cuite à chaud, ferrite, poudre de fer frittée ; lorsque des aimants sont utilisés pour former le rotor d'une machine monophasée (fl), (flO) ou (fil), il est possible d'incliner lesdits aimants par rapport à un plan tangentiel à un cylindre centré sur l'axe de rotation de la machine, comme le décrit la Figure 22, dans le cas de la version directe
(kl), (k2) , (k3) et dans le cas de la version inversée (k4),
(k5), (k6) ;
les parties supérieures, qui sont en regard de l'entrefer, des dents ou des pôles peuvent être inclinées dans le sens axial, tel que le présente par exemple la Figure 23, dans trois réalisations différentes (ml), (m5) et (mlO), l'inclinaison peut suivre une droite, ou une courbe de forme quelconque, l'intérêt de cette inclinaison est de provoquer une saturation partielle de la zone correspondant au plus petit entrefer, afin de moduler la réaction d'induit ;
les parties supérieures (m20), qui sont en regard de l'entrefer, des dents ou des pôles peuvent être symétriques ou asymétriques dans le sens polaire, tel que le présente par exemple la Figure 24, où l'angle Θ représente l'angle électrique compté à partir du centre (m23) de la dent ou du pôle, et où entrefer e(6) peut soit être constant, soit suivre la loi e ( Θ ) =eo/cos ( Θ ) , soit suivre une loi différente selon le signe de Θ qui peut par exemple être e(6)=eo pour les angles Θ positifs, et e ( Θ ) =eo/cos ( Θ ) pour les angles Θ négatifs, soit suivre une fonction quelconque linéaire ou non, soit suivre une loi linéaire en forme de pans coupés, arrondie, elliptique ;
l'angle électrique qui définit le bord extrême de la dent ou du pôle (m20) a une valeur optimale de 60° électrique, lequel angle électrique est compté à partir du centre du pôle ;
32. la Figure 25 présente une réalisation astucieuse d'une dent (h20) ou d'un pôle (h30) , dans laquelle la bobine imbriquée (ou ondulée) (m30) est insérée sur le corps de la dent (h33), lequel reçoit ensuite son chapeau (m34) , de cette façon la bobine (m30) peut être façonnée à part, avant son insertion sur (h33) ;
33. les bobinages des différentes pièces (f2) et (f3) composant chaque machine monophasée (fl), peuvent être réalisés de façon indépendante pour chacune d'entre elles de façon imbriquée ou ondulée ;
34. l'alimentation des bobines des pièces (f2) ou (f3) peut être électronique, ou elle peut utiliser un collecteur mécanique à balais, tel que ceux utilisés dans les machines à courant continu .
Comme on l'a vu auparavant, l'un des aspects importants de ce type de machines réside dans la forme des dents ou pôles. En particulier, au sens de la présente invention, le changement de la forme de la dent ou d'un pôle d'une pièce (f2) ou (f3) de machine monophasée est prévu, afin d'en réduire le flux de fuites. Considérons une machine polyphasée (flO) ou (fil) telle que décrite à la Figure 9, laquelle machine est composée d'un empilement axial de machines monophasées (fl) de la figure 8.
La Figure 3 décrit l'état de l'art d'une machine monophasée (al4) à griffes symétriques. Cette Figure 3 explique que le flux d'entrefer passe entièrement dans la section de flux réduite au niveau de l'emmanchement entre le pied de la dent et la culasse statorique .
La Figure 14 décrit une amélioration (gl), connue de l'état de l'art au problème précédent de concentration de flux à l'emmanchement du pied de dent sur la culasse statorique.
La Figure 14 présente une invention (g2) qui permet de diminuer fortement la concentration de flux au niveau de l'emmanchement du pied de dent sur la culasse statorique. Le pied d'une des dents, utilisée dans une griffe (al4), (g3) reçoit une marche d'escalier (g4), qui permet de ramener latéralement le flux vers le corps de la culasse (gl7). Le flux magnétique ramené depuis le bec (g5) de la dent vers la culasse statorique (gl7), suit alors un chemin non plus radial, mais tridimensionnel. Il est possible de réaliser plusieurs marches d'escalier (g4), ou encore de donner au pied de dent une forme inclinée axialement (selon le sens de rotation). De façon préférentielle, le décrochement (g4) est situé à une distance radiale (g9) de l'axe de rotation, sensiblement égale à celle (g7) du bord haut de la culasse (gl7) .
La Figure 15 présente une forme améliorée (glO) de la forme (g2) , laquelle forme comporte deux oreilles latérales (gl3), formées dans un sens axial (selon le sens de rotation), lesquelles oreilles latérales (gl3) permettent une concentration de flux tridimensionnelle au niveau du bec d'encoche. La présence d'une marche d'escalier (g4) sur le bec de dent (g5) est optionnelle, mais elle permet d'améliorer le couple fournir par le moteur.
Une machine monophasée homopolaire (également dénommée machine électrique à flux transverse), telle que (al4a) ou (al4b) , est réalisée en associant deux griffes identiques (g2) ou (glO) en vis à vis, lesquelles griffes (g2) ou (glO) enserrent une bobine (al5). Des ergots de calage angulaire (gll) et/ou (gl2) peuvent être ménagés dans les griffes (g2) ou (glO), afin d'assurer leur calage angulaire adéquat, sensiblement d'un demi-tour électrique (180°) .
Dans une réalisation particulière, les pièces (g2) et (glO) peuvent être dissymétriques dans un plan discoïdal, cylindre polaire, ou axisymétrique .
Dans une autre réalisation particulière (g20), telle que décrite à la Figure 16, les pièces (g2) et (glO) des figures 14 et 15 peuvent être constituées de plusieurs pièces indépendantes, par exemple l'ensemble (gl6) réunissant les formes (g4), (g5) et (gl3) peut être inséré dans une pièce principale (gl4) formant culasse. Un dispositif de maintien est requis pour assurer la cohésion de la griffe formée de la réunion des pièces (gl6) et (gl4), ledit dispositif de maintien pouvant être un système de vissage, de rivetage, de clavetage, ou une insertion en force à chaud ou à froid, le résinage ultérieur de la machine monophasée ainsi réalisée, assurant le maintien de l'ensemble en place, sous la contrainte électromagnétique. Dans le cas de la présente réalisation (g20), la pièce (gl4) peut être réalisée en tôle ferromagnétique, laquelle tôle peut être empilée, dans une réalisation astucieuse parmi d'autres, selon des plans successifs discoïdaux et les pièces (gl6) en poudre de fer compressée.
Les inventions (g2), (glO) et (g20), sont adaptées à une machine inverse (a20a) (voir en figure 4) . La transposition à une machine directe (a20b) est immédiate, par retournement des formes dans un sens radial, autour du cylindre formé par l'entrefer. La Figure 17 présente une réalisation partielle (g30) adaptée à une machine de type (a20b) des inventions (g2), (glO) et (g20).
La marche d'escalier (g4) peut être réalisée dans un plan discoïdal médian (par rapport au cylindre contenant l'ensemble) de la griffe (glO), mais elle peut aussi être réalisée dans un plan situé en un autre endroit.
La face latérale selon un plan discoïdal de la marche d'escalier (g4) peut suivre une portion de disque centré sur l'axe de rotation du moteur, mais elle peut aussi suivre une portion tronconique .
La Figure 18 présente la mise en œuvre de dents ou pôles améliorés selon l'invention. La réalisation d'une partie (al4) de machine homopolaire (également dénommée machine électrique à flux transverse) , selon le principe (al4a) ou (al4b) de la figure 3 en une ou deux pièces, symétriques ou non, utilise la forme inventive (hl) de la figure 18, obéissant aux caractéristiques décrites précédemment. Ladite forme (ni) comporte une pièce (h2), qui reçoit une bobine annulaire (h3) .
Si ladite bobine (h3) est vrillée selon une forme (fil), ou (fl2), ou (fl3) de la fiqure 10, il est alors possible de réaliser la forme (h20), où la bobine (h21) est enroulée autour des pieds de dents (h23) . En allant plus loin dans le concept, la forme (h30) apparaît, qui correspond à une machine monophasée classique telle que montrée en fiqure 7, où le bobinaqe (h31) peut être réalisé de façon imbriquée (q3) ou ondulée (q4) . Cette invention permet d'auqmenter le flux qui transite dans le pied (h23) de la dent, donc le couple fourni par la machine .
La Fiqure 19 présente les formes de jambes de dents (h23) possibles, en décrivant avec les plans de coupe A-A de la jambe de dent (h23) , deux solutions (h24) et (h25) parmi d'autres. Dans la solution (h24) les pieds de dents (h23a) ont une section formée d'encoches, dont les formes précises peuvent adopter l'une quelconque des solutions prises dans la liste suivante, non exhaustive :
1. les faces (h26) sont parallèles entre-elles ;
2. les faces (h27) sont parallèles entre-elles ;
3. les faces (h26) ne sont pas parallèles entre-elles et suivent une forme tronconique, de préférence orientée selon le modèle
(h25) ;
4. les faces (h27) ne sont pas parallèles entre-elles et suivent une forme tronconique, de préférence orientée selon le modèle
(h25) ;
5. les faces (h26) suivent une forme courbe, formée de portions d'ellipses , de cercles, ou toute autre fonction quelconque ;
6. les faces (h27) suivent une forme courbe, formée de portions d'ellipses , de cercles, ou toute autre fonction quelconque ;
7. le pied d'encoche (h23c) déborde axialement de la culasse
(h22), ce qui est illustré par (h20) , ledit débordement peut être symétrique ou non ; 8. le chapeau (h24) déborde axialement, de façon symétrique ou non, ce qui est illustré par (h33) ;
9. la culasse (h42) est distincte du pied d'encoche (h41), comme le représente la Fiqure 20, pour former un ensemble (h40), où la jambe de dent (h41) est posée ou emboîtée sur la culasse
(h42), cette solution est particulièrement avantaqeuse, car elle permet de réaliser les pieds de dents en technoloqie des poudres de fer par compression radiale ;
10. le pied de dent (h41) est inséré dans la culasse (h42), soit en force dans une marque (h43) , soit par un moyen de serraqe, qui peut être un rivet, une vis ou tout autre moyen, utilisant un trou (h44) , ménaqé dans la culasse (h42) ou dans la jambe de dent (h41) ;
11. la culasse (h42) est réalisée en tôle ferromaqnétique, laquelle tôle ferromaqnétique dans une réalisation astucieuse, parmi d'autres, est empilée selon la lonqueur axiale de la machine (h40) ;
12. la culasse (h42) est réalisée en une ou deux pièces de lonqueur axiale identique ou non ;
13. la réalisation (h45) de la fiqure 21 présente une même pièce (h48) comportant la culasse (h42) et les jambes de dents (h47). Une réalisation possible consiste à fabriquer cette pièce (h48) avec des tôles feuilletées empilées, dans une réalisation astucieuse parmi d'autres, selon un plan discoïdal perpendiculaire à l'axe de rotation du moteur, lesquels paquets de tôles sont scindés en deux ou trois qroupes, ou plus, correspondant chacun à une denture nécessitée par la forme exiqée par (h48), utilisant soit éventuellement les formes de tôle (h50) sans encoche pour le milieu ou les bords de (h48), soit éventuellement pour le milieu de (h48) les formes de tôle (h51) comportant deux jambes de dents (h47) par tour électrique (360°), soit éventuellement pour les bords de (h48) les formes de tôle (h52) comportant une seule jambe de dent (h47) par tour électrique (360°. Dans la réalisation (h48) les chapeaux (h46) sont rapportés par-dessus les jambes de dents (h47), ces chapeaux (h.46) peuvent être maintenus par une vis, un œillet, une clavette ou tout autre dispositif de serrage, ces chapeaux (h46) peuvent aussi être posés sur les jambes de dents (h47), qui les reçoivent dans une forme triangulaire (h56) ou elliptique (h55), puis ils sont maintenus par une frette extérieure (h57), dans une réalisation particulièrement avantageuse, les chapeaux (h46) sont réalisés en poudre de fer compressée ;
14. la réalisation (h63) de la figure 20 présente des pièces (h64) qui rendent borgnes les côtés des griffes (h20), lesquelles pièces (h64) peuvent former une seule pièce avec (h23d) ;
15. si les pièces (h20) sont réalisées en deux demi-pièces, identiques ou distinctes, alors leur plan de jonction peut être un anneau discoïdal lisse, ou un même anneau ondulé sensiblement dans la direction axiale, par exemple en suivant la forme des becs de dents (h34) ;
16. les pièces annulaires formant les griffes sont réalisées en plus d'une pièce, lesquelles sont assemblées ensuite au moyen de dispositifs d'assemblage.
Ces améliorations apportées aux dents ou pôles peuvent être utilisées dans un moteur homopolaire (également dénommé moteur électrique à flux transverse) à structure dite composée (ni) tel que montré en figure 26. Ledit moteur est constitué d'un empilement axial d'au moins deux induits (n3) et (n'3), séparés par au moins une bobine (n5) enroulée autour de l'axe de rotation (n8) . La bobine (n5) n'est pas forcément annulaire. Les induits (n3) et (n'3) peuvent être réalisés soit selon une structure à griffe (al4a) ou (al4b) , soit selon une structure à pôles saillants (gl), soit selon une structure à pôle lisse, ayant nombre de phases électriques quelconque. Dans une réalisation astucieuse, les structures des pièces (n3) et (n'3) sont identiques, choisies parmi le groupes (al4a) ou (al4b) de la figure, ou (gl) de la figure 7, ou encore à pôles lisses. Dans une autre réalisation, elles peuvent être différentes, l'une de 1 ' autre .
Les induits (n3) et (n'3) sont situés en face d'un inducteur composé d'un groupe de plusieurs barreaux (n4) de forme quelconque, lesquels sont disposés le long d'un cylindre sensiblement concentrique à l'axe de rotation (n8). Les induits (n3) et (n'3) sont séparés de l'inducteur par un entrefer (nlO). L'inducteur est commun à tous les induits (n3) et (n'3), il est passif c'est-à-dire composé de façon complète ou partielle de matériau ferromagnétique. L'excitation de l'inducteur peut être active dans une première réalisation grâce à la bobine (n5) fixe s'enroulant sensiblement autour de l'axe de rotation (n8). La bobine (n5) peut être mobile dans une autre réalisation. L'excitation de l'inducteur peut être passive dans une autre réalisation, étant alors réalisée avec au moins un aimant de forme par exemple annulaire s'enroulant sensiblement autour de l'axe de rotation (n8), de préférence fixe, mais ledit aimant peut aussi être mobile.
Les bobines des induits (n3) et (n'3) sont parcourues par des courants alternatifs notés 13 et I'3, qui comportent un déphasage temporel noté $13.
Les induits (n3) et (n'3) comportent un même nombre de pôles, noté Np, identique au nombre de barreaux inducteurs (n4) dans une première réalisation, ou différent dans une autre réalisation, dans laquelle le nombre de barreaux est divisé par deux. La bobine (n5) traverse radialement les surface de séparation angulaires (nll) entre les différents barreaux inducteurs (n4) un nombre de fois égal au nombre de pôles Np de l'induit. Elle passe donc Np/2 fois au-dessus des barreaux (n4) et Np/2 fois en dessous des barreaux (n4), les termes dessus/dessous étant comptés dans un sens radial.
La Figure 26 présente la structure générale de la machine homopolaire (également dénommée machine électrigue à flux transverse) composée (ni) selon l'invention, dans une réalisation correspondant à une seule machine alternative monophasée ou à deux phases structurelles de machine homopolaire composée, avec une structure directe de type (a20b) (voir en figure 4) à pôles saillants (gl) (voir en figure 7). Les démonstrations gui suivent peuvent être transposées à une machine inverse de type (a20a) de la figure 4, en effectuant une symétrie de toutes les pièces autour d'une surface cylindrigue centrée sur l'axe (n8) et située au milieu de l'entrefer (nlO). Dans la réalisation (ni), de façon préférentielle, l'inducteur est fixe et l'induit mobile, ce gui est le cas d'une machine à courant continu à collecteur mécanigue.
Le principe de fonctionnement de ladite machine (ni) vient de l'enroulement de la bobine (n5) autour des barreaux inducteurs (n4) , alternativement en dessous et en dessous. De cette manière, des pôles magnétigues éguivalents Nord et Sud sont créés dans l'entrefer, générant une figure de pôles magnétigues antisymétrigue entre les faces latérales (n6) et (n7) de la machine. L'inducteur se comporte de façon éguivalente à un groupe d'aimants posés à l'intérieur de l'induit (n3) / (n'3). Le flux magnétigue, noté $s, circule sensiblement le long d'une ligne axiale à l'intérieur d'un barreau (n4), puis traverse l'entrefer (nlO), puis circule sensiblement le long d'une ligne polaire dans l'induit (n3), traverse de nouveau l'entrefer (nlO) , revient en sens opposé le long d'une ligne axiale à l'intérieur du barreau (n4) consécutif au premier, puis traverse de nouveau l'entrefer, pour se refermer au travers d'une ligne polaire dans l'induit opposé (n'3) .
Une pièce de retour de flux relie les induits (n3) et (n'3), elle peut prendre soit une forme (n2b) de liaison entre les faces coplanaires considérées dans un plan discordai des induits (n3) et (n'3), soit une forme (n2a) de liaison entre les faces périphériques considérées dans un plan discordai des induits (n3) et (n'3), soit une combinaison des deux formes précédentes. La ou les pièces de retour de flux (n2a) et/ou (n2b) peuvent être asymétriques ou irrégulières dans une première réalisation. Dans une seconde réalisation, la ou les pièces de retour de flux (n2a) et/ou (n2b) peuvent être de forme cylindrique. Dans une troisième réalisation la ou les pièces de retour de flux (n2a) et/ou (n2b) peuvent ne pas être utilisées, et être éliminées de la conception de la machine (ni) . De façon préférentielle, lorsque la machine (ni) réalisée comporte au moins plus de deux phases structurelles, il est avantageux d'utiliser des pièces de retour de flux (n2a) et/ou (n2b) .
Les induits (n3) et (n'3) sont décalés angulairement d'un angle noté Qs. Ledit angle Qs correspond à l'angle de symétrie entre le point à flux d'entrefer maximum généré par les induits (n3) et (n'3), considérés chacun comme étant alimentés par un même courant continu. De façon générale, les induits (n3) et (n'3) génèrent un flux d'entrefer qui est alternativement rentrant et sortant dans l'entrefer, l'angle Qs représente le décalage angulaire entre ces figures de flux.
De façon préférentielle, si la machine (ni) est monophasée, l'angle Qs est sensiblement égal à zéro ou à 180° électrique, et le déphasage temporel $13 est égal à zéro ou à 180°. De façon préférentielle, si la machine (ni) est polyphasée, avec un nombre de phases électrique égal à Npe, l'angle Qs est sensiblement égal en notation électrique à (180°/Npe) et l'angle temporel $13 est égal à (180°/Npe) .
Les (Nn) barreaux inducteurs (n4) formant l'inducteur sont supportés par une pièce de maintien (nl2), de forme annulaire ou cylindrique, intégrant les moyens de maintien en rotation, laquelle pièce n(12) peut assurer la liaison à l'axe de rotation. Dans une réalisation astucieuse la pièce (nl2) est ferromagnétique. Dans une autre réalisation, la pièce (nl2) n'est pas ferromagnétique, elle peut alors être réalisée en matériau conducteur ou isolant de l'électricité.
Les longueurs angulaires des pièces (n4) et des saillances des pièces (n3) et (n'3) (si lesdites longueurs angulaires existent, ce qui n'est pas le cas avec des pièces à pôle lisse), sont sensiblement égales de préférence à 1/3 d'un tour électrique, soit 120° électrique.
La Figure 27 décrit une réalisation (n20) astucieuse de l'inducteur selon laquelle les barreaux inducteurs (n4) sont vrillés de façon à ce que chacune de leurs extrémités (n4a) et (n4b) soit décalée angulairement .
La forme des barreaux inducteurs (n4) vue sur un plan cylindrique développé au niveau de l'entrefer, ne doit pas forcément être un rectangle, elle peut avoir toute autre forme, telle que semi-annulaire, elliptique, semi-elliptique, arrondie, circulaire, semi-circulaire. L'homme de l'art saura déterminer la meilleure forme.
La Figure 28 présente une réalisation particulière (n'1) de la machine homopolaire composée (ni) , transposée au cas où les induits (n3) et (n'3) sont fixes et l'inducteur mobile, ce qui correspond aux cas d'une machine synchrone. Dans ce cas, les barreaux inducteurs (n4) qui forment l'inducteur sont scindés chacun en trois parties : (n4a) et (n4b) qui sont solidaires mécaniquement de la pièce (nl2) d'une part, et d'autre part (n4c) qui sont solidaires mécaniquement des induits (n3) et (n'3) . Dans le cas de la Figure 28, le rotor est considéré à titre d'exemple comme étant solidaire mécaniquement des pièces (n4a) , (n4b) et (nl2) .
De façon préférentielle, l'angle polaire Qrs entre chaque groupe de pièces (n4a) et (n4b) d'une part et (n4c) vaut sensiblement 90° électrique dans le cas d'une machine monophasée où Qs=0, et dans le cas où la machine est polyphasée 6rs=90/Npe.
La Figure 29 présente le cas où plusieurs induits (n3) et (n'3) sont alignés de part et d'autre de la bobine centrale (n5) . Dans le cas (η'Ί) correspondant à la machine (ni), où les barreaux inducteurs (n4) sont monoblocs, lesdits barreaux (n4) sont allongés axialement afin de couvrir axialement sensiblement la longueur de la machine. Les autres dispositions constructives établies pour la machine (ni) restent valables. Dans une disposition particulière avantageuse, chacun des induits (n3) et (n'3) sont déphasés angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle électrique égal à 180°/Npe.
Dans le cas (n'''l) correspondant à la machine (n'1), où les barreaux inducteurs (n4) sont scindés en trois morceaux, les barreaux (n4a) et (n4b) sont allongés axialement afin de couvrir axialement sensiblement la longueur de la machine. Les autres dispositions constructives établies pour la machine (n'1) restent valables. Dans une disposition particulière avantageuse, les induits (n3) et (n'3) sont déphasés angulairement d'un angle électrique égal à 180°/Npe.
II est possible d'étendre le concept décrit à la Figure 29 pour les machines (n''l) et (n'''l) à des machines comportant un nombre quelconque supérieur à un de pièces (n3) et (n'3), lesdits nombres de pièces (n3) et (n'3) pouvant être asymétriques.
Dans une première réalisation polyphasée de la machine (ni) de l'invention, décrite à la Figure 26, le nombre de phases structurelles étant supérieur ou égal à l'unité, la machine de l'invention est constituée d'au moins autant de machines monophasées (ni), ou (n'1), ou (n''l), ou (n'''l) que de phases électriques extérieures. Une réalisation particulière correspond, dans cette disposition polyphasée, à une configuration où toutes ces machines (ni), ou (n'1), ou (n''l), ou (n'''l) sont monophasées et sont alignées le long de l'axe (n8) et régulièrement décalées d'un angle électrique égal à sensiblement un tour complet (360°), divisé par le nombre de phases Npe.
Dans une réalisation particulière, la bobine rotorique (n5) est supprimée et la pièce de retour de flux (n2a) et/ou (n2b) est remplacée par au moins un aimant de forme annulaire, maqnétisé sensiblement selon la direction de l'axe (n8). Ledit aimant annulaire prend alors la place de la pièce de retour de flux (n2a) et/ou (n2b) . Dans une autre réalisation particulière, de la même disposition constructive, l'aimant annulaire est enserré entre une ou deux pièces ferromaqnétiques de forme sensiblement trapézoïdale ou elliptiques, qui permettent de concentrer le flux issu de l'aimant annulaire, lesdites pièces ayant une forme de tronc de cône, avec le côté le plus larqe contre l'aimant.
Dans une réalisation particulière, la bobine inducteur (n5) peut être alimentée en courant alternatif, à une fréquence et une phase électrique, éqale ou différente de la fréquence d'alimentation des bobines induit utilisées dans les pièces (n3) et (n'3).
Dans une réalisation particulière, la bobine inducteur (n5) peut être supprimée, toutes les dispositions constructives proposées restant valables .
Dans une réalisation particulière, la bobine inducteur (n5) peut être connectée électriquement en série avec l'une des entrées à courant continu de l'onduleur alimentant les bobines induites utilisées dans les pièces (n3) et (n'3), lequel onduleur peut être électromécanique à balais, ou électronique.
Dans une réalisation particulière, la forme extérieure des pièces (n3) et/ou (n'3) et de la pièce de retour de flux (el) ne s'insère pas dans un cylindre, mais dans une autre forme qui peut être rectanqulaire, elliptique ou autre, l'homme de l'art saura alors adapter la réalisation de la machine à cette disposition constructive particulière.
Les Fiqures 30, 34, 35 et 36 présentent différentes variantes de réalisation possibles des pièces (n3), (n'3) munies de leurs bobines induites (n21), (n4), (n5) et (n2b) , appliquées à une machine de type (ni) . Lesdites variantes de réalisations peuvent être extrapolées de façon directe aux autres machines, de types (n'I), (n''l) et (n'''l) inverses ou directes.
Une alternative selon la présente invention concerne un moteur homopolaire (également dénommé moteur électrique à flux transverse) à structure dite composée double (pl) tel qu'apparaissant à la figure 31. Ledit moteur est constitué d'un empilement axial d'au moins deux induits (p3) et (p'3), séparés par au moins une bobine (p5) enroulée autour de l'axe de rotation (p8) . La bobine (p5) n'est pas forcément annulaire. Les induits (p3) et (p'3) peuvent être réalisés soit selon une structure à griffe (al4a) ou (al4b) de la figure 3, soit selon une structure à pôles saillants (gl) de la figure 7, soit selon une structure à pôles lisses, ayant un nombre de phases électriques quelconque. Dans une réalisation astucieuse, les structures des pièces (p3) et (p'3) sont identiques, choisies parmi les groupes (al4a) ou (al4b) ou (gl) ou à pôles lisses. Dans une autre réalisation, elles peuvent être différentes, l'une de l'autre.
Les induits (p3) et (p'3) sont situés en face d'un inducteur, composé d'un groupe de (Nn) barreaux (p4) de forme quelconque, lesquels sont disposés le long d'un cylindre sensiblement concentrique à l'axe de rotation (p8). Les induits (p3) et (p'3) sont séparés de l'inducteur par un entrefer (plO) . L'inducteur est commun à tous les induits (p3) et (p'3), il est passif c'est-à- dire composé de façon complète ou partielle de matériau ferromagnétique. L'excitation de l'inducteur peut être active dans une première réalisation grâce à la bobine (p5) fixe s 'enroulant sensiblement autour de l'axe de rotation (p8) . La bobine (p5) peut être mobile dans une autre réalisation. L'excitation de l'inducteur peut être passive dans une autre réalisation, étant alors réalisée avec au moins un aimant de forme par exemple annulaire s 'enroulant sensiblement autour de l'axe de rotation (p8) , de préférence fixe, mais ledit aimant peut aussi être mobile .
Les bobines des induits (p3) et (p'3) sont parcourues par des courants alternatifs notés 13 et I'3, qui comportent un déphasage temporel noté $13.
Les induits (p3) et (p'3) comportent un même nombre de pôles, noté Np . L'inducteur comporte un nombre de barreaux inducteurs (p4) égal dans une première réalisation à Np/2. La bobine (p5) est située entre les barreaux (p4) et les pièces optionnelles de retour de flux (p2a) et/ou (p2b) . La bobine (p5) est située sur la face des barreaux (p4) qui voit l'entrefer (plO).
La Figure 31 présente la structure générale de la machine homopolaire composée double (pl) de l'invention, dans une réalisation correspondant à une seule machine alternative monophasée ou à deux phases structurelles de machine homopolaire composée double, avec une structure directe de type (a20b) (voir en figure 4) à pôles saillants (gl) (voir en figure 7) . Les démonstrations qui suivent peuvent être transposées à une machine inverse de type (a20a) , en effectuant une symétrie de toutes les pièces autour d'une surface cylindrique centrée sur l'axe (p8) et située au milieu de l'entrefer (plO). Dans la réalisation (pl) , de façon préférentielle, l'inducteur est fixe et l'induit mobile, ce qui est le cas d'une machine à courant continu à collecteur mécanique .
Le principe de fonctionnement de ladite machine (pl) vient de l'enroulement de la bobine (p5) autour de l'axe de rotation (p8) . De cette manière, des pôles magnétiques équivalents sont créés par exemple tous Nord du côté (p3) et tous Sud du côté (p'3) . L'inducteur se comporte de façon équivalente à un groupe d'aimants posés à l'intérieur de l'induit (p3) / (p'3) . Le flux magnétique, noté cj)s, circule sensiblement le long d'une ligne axiale à l'intérieur d'un barreau (p4), puis traverse l'entrefer (plO), puis circule sensiblement le long d'une ligne polaire dans l'induit (p3), traverse de nouveau l'entrefer (plO) , revient en sens opposé le long d'une ligne axiale à l'intérieur du barreau (p4) consécutif au premier, puis traverse de nouveau l'entrefer, pour se refermer au travers d'une ligne polaire dans l'induit opposé (p ' 3 ) .
Une pièce de retour de flux relie les induits (p3) et (p'3), elle peut prendre soit une forme (p2b) de liaison entre les faces coplanaires considérées dans un plan discoïdal des induits (p3) et (p'3), soit une forme (p2a) de liaison entre les faces périphérigues considérées dans un plan discoïdal des induits (p3) et (p'3), soit une combinaison des deux formes précédentes. La ou les pièces de retour de flux (p2a) et/ou (p2b) peuvent être asymétrigues ou irrégulières dans une première réalisation. Dans une seconde réalisation, la ou les pièces de retour de flux (p2a) et/ou (p2b) peuvent être de forme cylindrigue. Dans une troisième réalisation la ou les pièces de retour de flux (p2a) et/ou (p2b) peuvent ne pas être utilisées, et être éliminées de la conception de la machine (pl) . De façon préférentielle, lorsgue la machine (pl) réalisée comporte au moins plus de deux phases structurelles, il est avantageux d'utiliser des pièces de retour de flux (p2a) et/ou (p2b) .
Les induits (p3) et (p'3) sont décalés angulairement d'un angle noté Qs. Ledit angle Qs correspond à l'angle de symétrie entre le point à flux d'entrefer maximum généré par les induits (p3) et (p'3), considérés chacun comme étant alimentés par un même courant continu. De façon générale, les induits (p3) et (p'3) génèrent un flux d'entrefer gui est alternativement rentrant et sortant dans l'entrefer, l'angle Qs représente le décalage angulaire entre ces figures de flux.
De façon préférentielle, si la machine (pl) est monophasée, l'angle Qs est sensiblement égal à zéro ou à 180° électrigue, et le déphasage temporel $13 est égal à zéro ou à 180°. De façon préférentielle, si la machine (pl) est polyphasée, avec un nombre de phases électrique égal à Npe, l'angle Qs est sensiblement égal en notation électrique à (180°/Npe) et l'angle temporel $13 est égal à (180°/Npe) .
Les barreaux inducteurs (p4) formant l'inducteur sont supportés par une pièce de maintien (pl2), de forme annulaire ou cylindrique, intégrant les moyens de maintien en rotation, laquelle pièce n(12) peut assurer la liaison à l'axe de rotation. Dans une réalisation astucieuse la pièce (pl2) est ferromagnétique. Dans une autre réalisation, la pièce (pl2) n'est pas ferromagnétique, elle peut alors être réalisée en matériau conducteur ou isolant de l'électricité.
Les longueurs angulaires des pièces (p4) et des saillances des pièces (p3) et (p'3) (si lesdites longueurs angulaires existent, ce qui n'est pas le cas avec des pièces à pôles lisses), sont sensiblement égales de préférence à 1/3 d'un tour électrique, soit 120° électrique.
La Figure 32 décrit une réalisation astucieuse (p20) de l'inducteur (p'4), dans laquelle les barreaux inducteurs (p4) sont vrillés de façon à ce que chacune de leurs extrémités (p4a) et (p4b) soit décalée angulairement .
La forme des barreaux inducteurs (p4) vue sur un plan cylindrique développé au niveau de l'entrefer, ne doit pas forcément être un rectangle, elle peut avoir toute autre forme, telle que semi-annulaire, elliptique, semi-elliptique, arrondie, circulaire, semi-circulaire. L'homme de l'art saura déterminer la meilleure forme.
La Figure 33 présente le cas où plusieurs induits (p3) et (p'3) sont alignés de part et d'autre de la bobine centrale (p5) . Dans le cas (ρ'Ί) correspondant à la machine (pl) , où les barreaux inducteurs (p4) sont monoblocs, lesdits barreaux (p4) sont allongés axialement afin de couvrir axialement sensiblement la longueur de la machine. Les autres dispositions constructives établies pour la machine (pl) restent valables. Dans une disposition particulière avantageuse, chacun des induits (p3) et (p'3) sont déphasés angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle électrique égal à 180°/Npe.
Dans le cas (p'''l) correspondant à la machine (p'1), où les barreaux inducteurs (p4) sont scindés en trois morceaux, les barreaux (p4a) et (p4b) sont allongés axialement afin de couvrir axialement sensiblement la longueur de la machine. Les autres dispositions constructives établies pour la machine (p'1) restent valables. Dans une disposition particulière avantageuse, les induits (p3) et (p'3) sont déphasés angulairement d'un angle électrique égal à 180°/Npe.
Il est possible d'étendre le concept décrit à la Figure 33 pour les machines (p''l) et (p'''l) à des machine comportant un nombre quelconque supérieur à un de pièces (p3) et (p'3), lesdits nombres de pièces (p3) et (p'3) pouvant être asymétriques.
Dans une première réalisation polyphasée de la machine (pl) de l'invention, décrite à la Figure 31, le nombre de phases structurelles étant supérieur ou égal à l'unité, la machine de l'invention est constituée d'au moins autant de machines monophasées (pl), ou (p'1), ou (ρ'Ί), ou (p'''l) que de phases électriques extérieures. Une réalisation particulière correspond, dans cette disposition polyphasée, à une configuration où toutes ces machines (pl), ou (p'1), ou (ρ'Ί), ou (p'''l) sont monophasées et sont alignées le long de l'axe (p8) et régulièrement décalées d'un angle électrique égal à sensiblement un tour complet (360°), divisé par le nombre de phases Npe.
Dans une réalisation particulière, la bobine rotorique (p5) est supprimée et la pièce de retour de flux (p2a) et/ou (p2b) est remplacée par au moins un aimant de forme annulaire, magnétisé sensiblement selon la direction de l'axe (p8) . Ledit aimant annulaire prend alors la place de la pièce de retour de flux (p2a) et/ou (p2b) . Dans une autre réalisation particulière, de la même disposition constructive, l'aimant annulaire est enserré entre une ou deux pièces ferromagnétiques de forme sensiblement trapézoïdale ou elliptiques, qui permettent de concentrer le flux issu de l'aimant annulaire, lesdites pièces ayant une forme de tronc de cône, avec le côté le plus large contre l'aimant.
Dans une réalisation particulière, la bobine inducteur (p5) peut être alimentée en courant alternatif, à une fréquence et une phase électrique, égale ou différente de la fréquence d'alimentation des bobines induit utilisées dans les pièces (p3) et (p'3).
Dans une réalisation particulière, la bobine inducteur (p5) peut être supprimée, toutes les dispositions constructives proposées restant valables .
Dans une réalisation particulière, la bobine inducteur (p5) peut être connectée électriquement en série avec l'une des entrées à courant continu de l'onduleur alimentant les bobines induit utilisées dans les pièces (p3) et (p'3), lequel onduleur peut être électromécanique à balais, ou électronique.
Dans une réalisation particulière, la forme extérieure des pièces (p3) et/ou (p'3) et de la pièce de retour de flux (p2a) ne s'insère pas dans un cylindre, mais dans une autre forme qui peut être rectangulaire, elliptique ou autre, l'homme de l'art saura alors adapter la réalisation de la machine à cette disposition constructive particulière.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle s'étend à toute modification, forme alternative et variante de forme et de structure dans la portée de revendications que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique tournante à structure homopolaire comportant un nombre Npe de phases électriques caractérisée en ce qu'elle est constituée :
d'une juxtaposition, selon l'axe de rotation de la machine électrique tournante, d'au moins une paire d'induits ayant un nombre Np de pôles, placés de part et d'autre d'au moins ne bobine inductrice, enroulée autour de l'axe de rotation de la machine électrique tournante, les induits adjacents étant décalés angulairement d'un angle électrique 6s quelconque, de préférence compris entre 0° et 90°/2Np ;
d'au moins un inducteur passif constitué au moins partiellement de matériau ferromagnétique, séparé des induits par un entrefer ;
et dans laquelle l'un des induits et de l'inducteur étant mobile en rotation et constituant au moins un rotor et l'autre des induits et de l'inducteur étant fixe et constituant au moins un stator.
2. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'inducteur comporte Np barreaux inducteurs orientés dans une direction d'allure axiale, couvrant sensiblement la longueur axiale de la machine et rapportés à un support les reliant.
3. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bobine inductrice traverse radialement l'entrefer de part et d'autre de chaque barreau de l'inducteur, entrant d'un côté et ressortant de l'autre côté de manière à passer respectivement au-dessus et au-dessous de deux barreaux adjacents de l'inducteur, dans une direction radiale.
4. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la bobine inductrice est située en totalité entre les induits de la paire d'induits, et ne franchit pas l'entrefer.
5. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les barreaux inducteurs sont vrillés, leurs extrémités axiales étant angulairement décalées .
6. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les barreaux inducteurs sont scindés en plusieurs portions positionnées respectivement en regard des induits et de la zone comportant la ou les bobines inductrices, la ou les portions en regard de la zone comportant la ou les bobines inductrices étant solidaire des induits.
7. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les portions des barreaux inducteurs solidaires de l'induit sont décalées angulairement relativement audit induit d'une valeur quelconque, avec une valeur préférentielle de 90°/2Np, prise entre le centre d'un pôle induit et le centre du barreau inducteur solidaire dudit induit .
8. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le support des barreaux inducteurs est réalisé en matériau ferromagnétique.
9. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque induit des paires d'induits comporte une culasse magnétique reliant leurs pôles, lesdits induits étant reliés par des pièces polaires de retour de flux reliant des parois radiales des induits en regard.
10. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque induit des paires d'induits comporte une culasse magnétique reliant leurs pôles, les culasses étant reliées par des pièces polaires de retour de flux entourant les parois non radiales des induits distales de l'inducteur.
11. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que les culasses et les pièces polaires de retour de flux sont d'allure cylindrique .
12. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les induits des paires d'induits séparés par une bobine sont chacuns constitués de plusieurs induits élémentaires.
13. Machine électrique tournante selon la revendication
1, caractérisée en ce que l'inducteur comporte Np/2 barreaux inducteurs orientés dans une direction d'allure axiale, couvrant sensiblement la longueur axiale de la machine et rapportés à un support les reliant à l'axe de rotation de la machine électrique tournante, et la bobine inductrice est située en totalité entre les induits de la paire d'induits, et ne franchit pas l'entrefer.
14. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bobine inductrice est remplacée par un aimant sensiblement annulaire magnétisé dans la direction de l'axe de rotation de la machine électrique tournante.
15. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit aimant est disposé au contact d'au moins une pièce polaire ferromagnétique de concentration de flux.
16. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bobine inductrice est vrillée, annulaire ou de forme ondulée dans un plan transversal .
17. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bobines inductrices des différentes phases sont couplées en étoile, triangle ou zig-zag.
18. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un stator ou groupe d'une pluralité de stators associé à au moins un rotor ou groupe d'une pluralité de rotors.
19. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un induit est commun à plusieurs inducteurs ou un inducteur est commun à plusieurs induits.
20. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'une pièce de couplage en matériau ferromagnétique relie les plusieurs inducteurs ou les plusieurs induits.
21. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor comporte des aimants permanents sur une paroi située en regard du ou des stators.
22. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les aimants sont inclinés par rapport à un plan tangentiel à ladite paroi située en regard du ou des stators .
23. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des surfaces libres des pôles bordant l'entrefer sont inclinées dans une direction axiale, de manière linéaire ou incurvée, ou sont asymétriques dans une direction transversale par rapport à un plan axial médian du pôle contenant l'axe de rotation de la machine électrique tournante.
24. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pôles des induits sont constitués de dents comportant une jambe d'allure radiale reliée via un pied à la culasse et un bec d'allure axiale, lesdites dents de chaque induit étant séparées par une distance angulaire permettant l'emboîtement tête-bêche d'un autre induit à structure dentée identique en vue de constituer la paire d'induits autour d'une bobine inductrice, caractérisée en ce que le bec comporte au moins un décrochement en marche d'escalier.
25. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le décrochement est situé à une distance radiale de l'axe de rotation de la machine électrique tournante sensiblement égale à la distance radiale d'une paroi de la culasse s 'étendant dans une direction axiale dont dépassent les dents .
26. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le décrochement comporte une paroi située dans un plan transversal médian de la paire d'induits.
27. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 24 à 26 caractérisée en ce que les dents s'évasent via des oreilles latérales au niveau de leur liaison à la culasse.
28. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 24 à 27, caractérisée en ce que les dents sont distinctes de la culasse.
29. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la culasse présente des évidements pour la fixation des dents.
30. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 24 à 29, caractérisée en ce que la bobine inductrice est enroulée de façon vrillée autour des pieds des dents des induits de la paire d'induits entourant la bobine inductrice.
31. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 24 à 30, caractérisée en ce que les sections des jambes des dents présentent, en au moins une surface cylindrique coaxiale à l'axe de rotation, des parois latérales parallèles entre elles, d'un seul tenant ou en escalier .
32. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 24 à 30, caractérisée en ce que les sections des jambes des dents présentent, en au moins un plan de section perpendiculaire à la dimension radiale des jambes, des parois latérales planes inclinées, notamment d'un seul tenant ou en escalier, ou des parois latérales courbes.
33. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 24 à 32, caractérisée en ce que les becs des dents sont distincts et rapportés sur les jambes.
34. Machine électrique tournante polyphasée, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une juxtaposition coaxiale de machines électriques tournantes selon les revendications précédentes, régulièrement décalées d'un angle électrique de 360°/2Np.
35. Machine électrique tournante polyphasée, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une juxtaposition coaxiale de machines électriques tournantes selon les revendications 1 à 33, alignées angulairement , un déphasage interphase étant causé par la rotation, au niveau du rotor, des aimants ou des inducteurs bobinés ou des saillances polaires.
36. Machine électrique tournante polyphasée selon la revendication précédente, caractérisée en ce que des bobines intermédiaires sont disposées entre les machines monophasées .
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